要实现地震动的合理模拟,需要计入实际地震动的幅值和相位非平稳特性。作为当前主流的地震动模拟方法:随机有限断层法因其不依赖于精细地下波速结构模型、待定参数少、计算速度快的特点被广泛应用于稀疏记录区域的地震动模拟。由于该方法利用平稳白噪声作为实际地震动相位的近似,未能计入实际相位的非平稳特征,可能造成模拟所得地震动幅值谱与反应谱的精度并不一致。与此同时该方法还存在高频段与低频段地震动模拟精度不一致的问题。本文针对上述两点开展研究,研究内容与结果如下:(1)基于等效群速度的非平稳相位构建:首先基于波包时延这一概念,通过对比已有的波包时延计算方法,选用Boore相位微分法分析了中国6到7级地震动记录的平均波包时延,发现大部分地震动的平均波包时延都具有明显的高频主要能量先到,低频主要能量后到的特点,且高低频主要能量的到时差会随距离或震级的增加而增大。同时,根据窄带波包能量行进速度(群速度)与波包时延的对应关系,建立了等效群速度模型,并在此模型的基础上简述了非平稳相位的生成流程和地震动模拟方法。通过模拟Smart-1中心台和Upland地震S3E台这两条陆地和海域地震动记录,验证了所构建的非平稳相位的合理性,最后就此法在区域非平稳地震动模拟中的应用做了进一步讨论。(2)地震动的频率非平稳特性与随机模拟方法中Q值之间的关系:在地震动频率非平稳特性认识的基础上,利用广义标准线性体(GSLS)本构关系模型拟合收集整理的国内外部分Q值得到相应的群速度,并以此分析Q值引起的高低频能量到时差得到:Q值不是导致地震动频率非平稳特性的主因,即随机模拟方法中的Q值只计入了极少部分的地震动频率非平稳信息。(3)不同震源谱模型和震源模式对随机有限断层模拟结果的影响:首先,基于随机有限断层地震动模拟方法,探讨了不同震源谱模型对模拟结果的影响。同时,基于不同的震源模式复现了日本2011年3月11日东北部地区的地震动模拟结果,得到:Ghofrani改进的震源模式可以有效的改进高频段与低频段地震动模拟精度不一致。改进的震源模式计入应力降与子源位错之间的关系,断层由低位错水平的背景破裂区和高位错水平的强破裂区表示,但前者在模拟中采用低应力降、后者采用高应力降。此外,结合由日本地区7到9级Kik-net台地震动记录计算得到的平均等效群速度模型表示的非平稳相位,模拟了具有非平稳特征的日本东北部地区地震动。最后,通过考虑不同震源谱模型模拟了日本熊本和北海道地震动,探讨了不同震源谱模型对随机有限断层方法模拟结果的影响。(4)引入非平稳相位的随机有限断层地震动模拟方法的应用:以芦山地震为例,通过吸纳目前随机有限断层法已有的改进结果,探讨改进后的方法在地震动模拟中的应用。为保证所得高频段与低频段地震动模拟精度的一致,引入了两类改进措施:(1)保留子源拐角频率随断层破裂的动态变化,引入王国新2015年改进的震源谱模型替代Brune函数模型;(2)考虑了计入应力降与子源位错之间关系的震源模式。同时,计入基于等效群速度的非平稳相位弥补模拟所得记录中地震动频率非平稳特征的缺失。通过对比分析原随机有限断层法和改进方法的模拟结果发现:改进方法所得模拟记录与实测记录在时程和反应谱上均能保持较好的一致性,且模拟时程与真实记录更为接近;改进方法有效规避了高频段与低频段地震动模拟精度不一致的问题;改进的随机有限断层法仍难适用于地形效应显著台站的地震动模拟。上述发现均基于芦山地震的宽频带地震动模拟结果得到,其一般性还有待进一步分析论证。