Perkiraan Karakteristik Pergerakan Tanah dari Perbandingan Spektral Antara Komponen Horisontal dan Vertikal Pada Microtremor

Perkiraan Karakteristik Pergerakan Tanah dari Perbandingan Spektral Antara Komponen Horisontal dan Vertikal Pada Microtremor

by Katsuaki Konno and Tatsuo OhmachiAbstrak

Perbandingan spektral antara komponen horisontal dan vertikal (H/V) pada microtremors yang diukur pada permukaan tanah yang digunakan untuk memperkirakan fundamental periode dan faktor amplifikasinya, walaupun teknik ini kurang memiliki landasan teoritis. Tujuan artikel ini adalah untuk merumuskan teknik H/V pada karakteristik gelombang Rayleigh dan Love, dan memberikan kontribusi untuk meningkatkan teknik ini. Peningkatan tersebut tidak hanya menggunakan puncak, tetapi juga lembah dalam perbandingan H/V untuk mengestimasi periode dan dan penggunaan faktor amplifikasi yang baru. Formulasi sederhana inin menentukan faktor amplifikasi yang dinyatakan dengan perbandingan H/V. Dengan data microtremor diukur pada 546 SMP di 23 Tokyo, teknik perbaikan diterapkan untuk mengetahui daerah pemetaan periode dan faktor amplifikasi di daerah tersebut.

Pengantar

Hampir seluruh permukaan sedimen dapat memperkuat gerakan tanah secara signifikan, yang mana sering disebut sebagai site efek. Di antara pendekatan untuk mengetahui adanya site efek, secara empiris, salah satunya adalah yang diperkenalkan oleh Kanai (1957) melibatkan microtremors pada periode yang lebih pendek dari sekitar 1 detik. asumsi utama metode Kanai adalah bahwa sumber Spektrum yang putih selama rentang periode bunga. Namun, spektrum microtremors diamati biasanya ditunjukkan dengan luar biasa harian dan mingguan berubah, menunjukkan bahwa spectrum mencerminkan sifat sumber serta efek situs (Udwadia dan Trifunac, 1973).

Teknik menggunakan rasio spektral horizontal-ke-vertikal (H / V rasio) dari microtremors, yang pertama kali diterapkan oleh Nogoshi dan Igarashi (1970, 1971) dan dipopulerkan oleh Nakamura (1989), kadang-kadang digunakan untuk memperkirakan situs efek. Beberapa aplikasi terbaru dari teknik ini telah terbukti efektif dalam memperkirakan periode fundamental (misalnya, Lapangan dan Yakub, 1993; Ohmachi et al, 1994.) juga sebagai faktor amplifikasi relatif (misalnya, Lermo dan Chavez-Garcia, 1994; Konno dan Ohmachi, 1995). Namun, dalam pendapat penulis, teknik ini tidak memiliki ketat teoritis latar belakang masih sekarang.

Microtremors diamati di permukaan tanah adalah diperkirakan terdiri dari gelombang badan dan permukaan dengan proporsi mereka unclarified. Namun, ada fakta bahwa H / V rasio microtremors diamati dan orang-orang fundamental mode. Gelombang Rayleigh diperkirakan dari tanggal geologi muncul sangat mirip di banyak situs (misalnya, Tokimatsu dan Miyadera, 1992; Ohmachi et al, 1994).. Selain itu, Lachet dan Bard (1994) ditandai dengan simulasi numerik bahwa H / rasio V pada periode yang lebih lama diperintah oleh fundamental mode Gelombang Rayleigh. Terutama berdasarkan fakta-fakta ini, dalam hal ini penelitian, sebagian besar microtremors diperkirakan terdiri gelombang permukaan, terutama dari mode fundamental mereka.

Artikel ini membahas pertama dengan periode puncak di H / V rasio microtremors dan hubungannya dengan periode fundamental dari respon secara vertikal gelombang S insiden. Selanjutnya, puncak nilai dalam rasio / H V berkaitan dengan amplifikasi yang faktor untuk gelombang S. Dalam proses ini, baru smoothing fungsi diusulkan untuk mendapatkan hubungan lebih baik antara mereka. Sebuah hubungan sederhana antara faktor amplifikasi dan H / V rasio, yang mirip dengan apa yang disebut Nakamura's metode, juga dirumuskan. Akhirnya, periode dan amplifikasi yang faktor yang diperkirakan dari pengukuran microtremor di 546 stasiun di Tokyo yang dipetakan sebagai demonstrasi kepraktisan dari penelitian ini.

Estimasi Periode Mendasar dari H / V Ratio

H / V Rasio Fundamental Gelombang Rayleigh-Mode

Single-Layered System. Mari kita mempertimbangkan fundamental-mode Gelombang Rayleigh dalam model tunggal-lapis terdiri dari sebuah elastis lapisan atas ruang-setengah elastis, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, dan penelantaran redaman properti untuk kedua media elastis. Swave kecepatan ruang-setengah adalah tetap sebesar 500 m / detik, sedangkan kecepatan dari lapisan permukaan berubah 50-400 rrdsec. Tebal lapisan permukaan, H, ditentukan sehingga memberikan periode fundamental 1 detik sebagai berikut:

H = Vs,Ts/4

(1)

mana VSL adalah S-gelombang kecepatan lapisan permukaan dan Ts merupakan periode dasar gelombang S. Pada permukaan tanah, horizontal dan vertikal amplitudo modus-j Rayleigh gelombang gembira oleh (co) vertikal titik gaya L diterapkan pada permukaan yang dinyatakan sebagai (Harkrider, 1964).

mana ai (co, r) dan / w co, r) adalah kecepatan radial dan vertical amplitudo di permukaan, masing-masing, co adalah frekuensi melingkar, r adalah jarak antara titik gaya dan pengamatan stasiun, [tih +] j H / V rasio pada jarak r besar didefinisikan oleh Haskell (1953), Aj adalah tanggapan media, dan kj adalah bilangan gelombang. Adapun L (co), berikut ini adalah untuk digunakan di sini, karena ditemukan untuk memberikan cocok baik untuk diamati Spektra microtremors, terutama pada waktu yang lebih lama:

Gambar 2 menunjukkan tiga jenis orbit partikel selama propagasi gelombang fundamental-mode Rayleigh di model ditunjukkan pada Gambar 1. Tipe 1 muncul bila kecepatan sebuah kontras antara dua lapisan rendah (Vs2/Vsl = 2.5). Dengan meningkatnya periode, gerak partikel, dalam rangka, mundur, vertikal saja, prograd, horizontal saja, dan retrograde. Oleh karena itu, H / V rasio menjadi 0 pada / '1 dan tak terbatas pada T 2. Ini perlu diperhatikan dalam tipe 3 yang Tj hampir setengah dari T2, yang akan dibahas secara rinci nanti. Gambar 3 mengilustrasikan tiga jenis rasio / H V disebutkan di atas, yang identik dengan rasio Haskell's [u/wJ0 di persamaan (2a). Kurva untuk tipe 1 tipe (garis utuh tipis), 2 (garis titik-titik), dan tipe 3 (garis utuh tebal) sesuai dengan SRetrograde

G A M B A R............

kecepatan gelombang lapisan permukaan 250,, 200 dan 50 rrdsec, masing-masing. Downward panah menunjukkan periode puncak, sedangkan melalui periode panah ke atas. Puncak Sharp melakukan tidak muncul dalam tipe 1 dan tipe 2, sedangkan dua lembah dalam muncul dalam tipe 2. Tipe 3 menunjukkan puncak yang tajam dan tajam melalui, dan periode melalui hampir setengah dari puncak periode.

Gambar 4 menunjukkan perbandingan empat jenis jangka waktu Model tanah yang mendasar periode secara vertical S insiden gelombang diatur menjadi tepat 1,0 detik. Diisi dan terbuka lingkaran mewakili, masing-masing, puncak dan melalui periode dalam H / V rasio untuk modus-dasar gelombang Rayleigh, sedangkan kotak diisi dan terbuka merupakan periode puncak

H / V rasio modus yang lebih tinggi pertama gelombang Rayleigh dan Airy fase periode untuk modus-dasar Cinta gelombang, masing-masing. Ketika VSL = 200 m / detik, H / V memiliki dua rasio palung (tipe 2), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dengan dua periode melalui sangat dekat satu sama lain. Perlu dicatat bahwa Airy fase periode untuk gelombang fundamental-mode Rayleigh adalah sama dengan periode melalui di rasio / H V modus. Pada Gambar 4, ketika S-gelombang kecepatan dari lapisan permukaan lebih kecil dari 150 m / detik, kedua periode puncak untuk dasar- Rayleigh modus gelombang dan periode fase Airy untuk fundamental Gelombang Cinta hampir identik dengan fundamental periode gelombang S. Apalagi, di kecepatan ini kisaran, periode melalui hampir setengah dari periode puncak. Perhatikan bahwa puncak periode rasio HfV mode pertama lebih tinggi gelombang Rayleigh sedikit lebih pendek dari periode palung, yang berarti bahwa melalui pokok-mode Rayleigh gelombang dapat menghilang dari microtremor H / V rasio, ketika tinggi-mode gelombang Rayleigh memberikan kontribusi signifikan untuk microtremors. Jika tidak, periode fundamental adalah diduga baik dari periode puncak atau periode palung.

gelombang dapat menghilang dari microtremor H / V rasio,

ketika tinggi-mode gelombang Rayleigh memberikan kontribusi signifikan

untuk microtremors. Jika tidak, periode fundamental adalah diduga

baik dari periode puncak atau periode palung.

Sistem Multi-berlapis. Sekarang, mari kita pertimbangkan realistis berlapis-lapis

sistem. Metode downhole diterapkan untuk mengukur

P-dan S-gelombang kecepatan di 14 lokasi yang ditunjukkan pada Gambar

5a, dengan hasil yang ditunjukkan pada Gambar 5b. Dalam Gambar 6, tebal putus-putus,

garis putus-putus tipis padat, dan tipis mengindikasikan masing-masing adalah

H / V rasio fundamental-mode gelombang Rayleigh, orang-orang

yang lebih tinggi pertama, dan fungsi transfer vertikal insiden

S gelombang, dihitung untuk model tanah yang ditunjukkan pada

Gambar 5b. Fungsi transfer dihitung dengan

faktor kualitas Q set ke 20 untuk semua lapisan. Tebal padat baris

menunjukkan H / rasio V microtremors diamati, yang akan

dijelaskan secara rinci dalam bagian berikut. Seperti dapat

dilihat pada Gambar 6, periode puncak terpanjang / H rasio V

pertama-mode yang lebih tinggi gelombang Rayleigh sedikit lebih pendek dari

periode melalui dari pokok-mode Rayleigh

gelombang. Ini akan berarti bahwa palung mungkin tidak terlihat di H / V

rasio diukur microtremors, jika microtremors juga mencakup

tinggi-mode gelombang Rayleigh. Jika tidak, fundamental

Periode diduga baik dari periode puncak atau

melalui periode. Dalam artikel ini, periode terpanjang di antara puncak

periode rasio / H V disebut periode puncak, dan, di antara

puncak periode fungsi transfer, yang terpanjang adalah disebut

masa fundamental, akhirat.

Wikipedia tanah model dengan kontras kecepatan tinggi, seperti

sebagai nomor 1, 2, 3, 4, 6, dan 9 di 5b Gambar, cenderung memberikan

HfV rasio fundamental-mode gelombang Rayleigh agak

mirip dengan tipe 3 yang ditunjukkan pada Gambar 3. Kompleks tanah

model seperti nomor 7 dan 8 tampaknya memberikan H / rasio V

mirip dengan tipe 1 pada waktu yang lebih lama dan tipe 3 di

periode pendek. Oleh karena itu, berkaitan dengan kompleks

model, H / V rasio fundamental-mode gelombang Rayleigh

kemungkinan akan menunjukkan dua puncak atau lebih.

Gambar 7 menunjukkan perbandingan antara periode puncak

dalam rasio HfV pokok-mode gelombang Rayleigh dan

fundamental periode fungsi transfer S-gelombang, menunjukkan

hubungan baik antara kedua jenis

periode.

Gambar 8 menunjukkan perbandingan periode fase Airy dari

fundamental-mode Cinta gelombang dan periode fundamental

fungsi S-gelombang transfer. Ada korelasi yang cukup baik

antara periode, kecuali nomor 8, 10, dan

12 situs. Untuk nomor 8 dan 10 situs, periode fase Airy

sesuai dengan tinggi-mode periode dasar gelombang S.

Untuk nomor 12 situs, tidak ada fase Airy selama periode

kisaran bunga. Korelasi menunjukkan bahwa fundamental

Periode diduga dari rasio HN dari diamati

microtremor, bahkan ketika gelombang Cinta terdiri dari utama

bagian dari microtremors.

Dari pembahasan di atas pada Angka 4, 6, 7, dan 8 itu

dapat dikatakan bahwa dasar periode transfer S-gelombang

fungsi berada dalam hubungan baik dengan puncak HN

periode fundmnental-mode gelombang Rayleigh dan Airy

fase periode fundamental-mode Cinta gelombang, selama

struktur dasar memiliki kontras kecepatan tinggi.

H Rasio V / dari Microtremors

Microtremor Pengukuran dilakukan di tanah

permukaan dari 14 situs yang disebutkan sebelumnya. Serangkaian

riwayat waktu tiga komponen secara simultan diamati

pada tingkat sampling dari 1 / 50 detik untuk 40,96 detik, dan

pengamatan diulang empat kali untuk mengamankan akurasinya.

Sebagai spektrum Fourier dari dua komponen horisontal

tampak sama, spektrum horizontal gabungan adalah

dihitung terlebih dahulu. Spektrum horizontal gabungan didefinisikan

sebagai Fourier amplitudo maksimum horizontal

pesawat pada frekuensi sudut, co. Gabungan dan vertikal

Spektrum kemudian dihaluskan secara terpisah dengan jendela Parzen

dengan lebar band 0,5 Hz sebelum mengambil H / V rasio.