基于矩震级(Mw)的高速铁路峡谷桥轨系统地震损伤快速评估方法

为解决峡谷地形对地震波传播的复杂影响及传统地震易损性分析依赖实测地震动(GMs)的局限性，研究人员提出了一种考虑矩震级(Mw)的高速铁路桥轨系统(HSRTBS)地震易损性分析方法。通过物理模拟地震波传播过程，结合云分析(CA)建立概率地震需求模型(PSDM)，定量揭示了峡谷地形对HSRTBS损伤概率的显著影响，为复杂地形下的抗震设计提供了理论支持。

　　

在高速铁路网络向复杂地形延伸的背景下，峡谷地区的桥轨系统(HSRTBS)面临地震波传播异常、实测地震动(GMs)数据匮乏的双重挑战。传统抗震分析依赖实测GMs，难以捕捉地形效应，而现有研究多聚焦平坦场地，缺乏针对峡谷地形HSRTBS的快速损伤评估方法。这一空白使得地震高风险区的铁路安全设计缺乏可靠依据。

为解决这一问题，湖南大学的研究团队在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》发表研究，创新性地将矩震级(M_w)引入HSRTBS地震易损性分析框架。研究采用谱元法(SEM)模拟不同M_w下地震波从震源经峡谷地形传播的全过程，生成包含地形效应的合成GMs；通过云分析(CA)建立考虑M_w的概率地震需求模型(PSDM)，最终构建了组件与系统的地震易损性曲线。

关键技术包括：(1)基于ArcGIS和SPECFEM2D构建震源-地质-地形耦合模型；(2)采用SEM模拟峡谷地形下的宽带GMs；(3)通过非线性时程分析(NTHA)获取工程需求参数(EDP)；(4)利用CA回归建立PSDM；(5)定义四类组件（支座、桥墩、挡块、滑动层）的极限状态(LS)模型。

主要结果

1. 峡谷地形放大效应：迎波面坡体PGA放大系数达1.78，背波面因干涉效应出现衰减，与台湾集集地震实测数据趋势一致。
2. 组件易损性差异：支座在PGA>0.4g时损伤概率陡增，背波面桥墩的轻微损伤概率比迎波面高20%。
3. 系统级风险：M_w7.0时系统严重损伤概率达34%，验证了地形效应不可忽略。

结论与意义
该研究首次实现了基于M_w的HSRTBS地震损伤快速评估，突破传统方法对复杂地形的适用性限制。提出的SEM-CA联合框架为缺乏实测数据的地区提供了可靠分析工具，其核心发现包括：(1)峡谷地形会显著改变PGA空间分布，需在抗震设计中针对性调整；(2)系统损伤概率与M_w呈非线性关系，为铁路应急响应提供量化依据；(3)背波面组件的"隐性脆弱"提示需优化抗震细节设计。研究成果已应用于中国某峡谷高铁项目，为复杂地形交通基础设施抗震设计树立了新范式。