發(fā)布時間：2020-11-18 12:08

　　 場地條件對地表地震動有著重要影響,場地特征參數(shù)的測定是場地條件影響研究的首要任務(wù)。地脈動單點譜比法因其簡便、經(jīng)濟被廣泛用于場地動力特性評價。但是受理論假設(shè)的不完備性影響和局限,在激勵源多且復(fù)雜的場地,地脈動H/V譜比與場地的動力反應(yīng)或傳遞函數(shù)并不完全一致。有效消除激勵源影響,提高地脈動單點譜比對場地動力特性的表達精度,建立地脈動譜比參數(shù)與場地特征參數(shù)之間的關(guān)系,始終是地脈動研究的核心問題和難點。本文借助聚類分析在無監(jiān)督學習樣本特征和自動分類方面的高效性能,研究提取表征場地信息的地脈動H/V譜比,建立其卓越頻率、曲線特征與場地特征參數(shù)的關(guān)系和場地類別劃分方法。本文完成的主要工作及研究成果包括:1.比較了K-means、層次聚類和FCM聚類對多峰值譜曲線的聚類效力,分析了地脈動H/V譜比聚類后類內(nèi)相似度和類間差異及其與激勵源和場地特征間的關(guān)系,構(gòu)建了基于K-means法的場地相關(guān)H/V譜比提取方法。對20個復(fù)雜場地地脈動H/V譜比聚類分析結(jié)果顯示,聚類結(jié)果不受初始值選擇的影響,更穩(wěn)定;與場地傳遞函數(shù)的對比顯示,利用本文聚類分析方法確定的卓越頻率在其中19個場地上精度得到明顯提升。2.通過我國西北戈壁荒漠薄覆蓋層場地和東南沿海巨厚覆蓋層場地的地脈動觀測和H/V譜比聚類分析,檢驗了基于地脈動單點譜比卓越頻率的場地特征參數(shù)測試方法適用性,修正并擴展了其適用頻帶范圍,給出了基于地脈動H/V譜比卓越頻率的場地類別判定方法。結(jié)果表明,基于地脈動單點譜比的場地特征參數(shù)測定方法在計算場地覆蓋層厚度、覆蓋層等效周期時,對深厚覆蓋層場地會低估,淺覆蓋層場地會高估;對該方法修正后,適用頻帶范圍擴展到了0.58~12.5Hz,計算的場地覆蓋層厚度、覆蓋層等效周期與實測值的平均相對誤差提高到22%和27%;基于單點譜比卓越頻率對235個場地類型的判別結(jié)果正確率為87%,遠大于《場地微振動測量技術(shù)規(guī)程》方法28%的正確率。3.通過分析場地分類規(guī)范中不同覆蓋層厚度、等效剪切波速V_(s20)和場地類別所對應(yīng)的地脈動H/V譜比的差異,構(gòu)造了適用于不同場地特征參數(shù)的地脈動H/V譜比聚類分析的距離函數(shù),并與譜比曲線對比驗證了其有效性;通過構(gòu)造的距離函數(shù)和譜比標準曲線,分別給出了基于地脈動H/V譜比曲線的區(qū)域和單個場地分類方法。結(jié)果顯示,采用構(gòu)造的距離函數(shù)對所研究的79個場地地脈H/V譜比聚類,對場地類型分類時誤判率為0;場地等效剪切波速分類誤判率為9%。采用給出的方法對場地特征參數(shù)分類,并與地脈動H/V譜比卓越頻率法對比,結(jié)果顯示二者對覆蓋層厚度的分類一致,場地類型、等效剪切波分類時,聚類法綜合考慮了譜比的卓越頻率、峰值等特征。利用單個場地特征參數(shù)分類新方法對4個不同場地的特征參數(shù)分類,結(jié)果顯示只有一個場地的覆蓋層厚度分類有誤。
【學位單位】：中國地震局工程力學研究所
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU435
【部分圖文】：

中國地震局工程力學研究所碩士學位論文過平均樣本來更新簇中心；后者只考慮樣本間的相似性，簇間具有相關(guān)的鏈接函數(shù)，不用更新樣本中心。對于組成較復(fù)雜的樣本集，K-means 在聚類時對樣本平均，可以減小相似性差別大的樣本對分類結(jié)果的影響，聚和型層次聚類完全按照樣本間相似性進行聚類，最后的結(jié)果容易受單個樣本影響。2.2.2 多峰值譜曲線聚類效果對比分析地脈動信號為各種振源激發(fā)并傳播形成的不同時窗不同頻率成分相互混擾的振動時程，單點譜比曲線一般為復(fù)雜的多峰值曲線。本小節(jié)構(gòu)造了由 cos(2π 3 t)、cos(2π 3 t)+cos(2π 0.5 t)、cos(2π 3 t)+ cos(2 π 7 t)、2cos(2π 3 t)4 個主頻率（0.5Hz，3Hz，5Hz，7Hz）不同時長信號混雜的簡單時程曲線，時長為 500s，采樣率為 100Hz，如圖 2-1（左圖）所示。對模擬信號施加 5.12s 的漢寧窗并采用20 點光滑函數(shù)平滑后得到 96 條富氏譜，如圖 2-1（右圖）所示。96 條富氏譜按卓越頻率不同可分為三類。

第二章 基于聚類分析的場地 H/V 譜比提取相關(guān)距離： 撈 撈 撈 撈 撈 撈 撈 本曲線，其中 ux、uy為樣本平均值函數(shù)計算結(jié)果知，如果按照歐式距離對曲線 A、B分成一類，如果按照曼哈頓距離分類， A、C 分成 A、B 將分成一類，并且 A、B 之間的相關(guān)距離遠相關(guān)距離函數(shù)地對不同峰值頻率曲線分類效果最優(yōu)量譜比曲線間的相似性。

圖 2-3 富氏譜 K-means 聚類結(jié)果按照聚和型層次聚類的步驟對 96 條富氏曲線聚類，簇間鏈接選擇平均值，按照樣本間相似性逐層繪制的樹狀圖如圖 2-4。如果想把譜分成三簇，需在相關(guān)距離為 0.25 處對樹狀圖進行切割，每一簇的富氏譜如圖 2-5。圖 2-4 富氏譜聚和型層次聚類樹狀圖
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本文編號：2888701