中国是一个地震频发、地震强度大且受灾严重的国家,随着国家经济和科技的发展,重大工程项目的建设也在日益增多,这就不可避免的要对项目选址所处的烈度区,以及该工程结构的抗震性能进行事先研究和分析。由于地震台网分布的不均匀性,很多地区难以获得足够的强震观测记录,加之观测记录本身具有空间分布不均匀性、不可重复性以及对场地依赖性,结合实际工程环境建立模型来模拟地震动已成为目前结构抗震分析的主要方法。在工程实际中,工程结构的自振周期普遍较小,因此工程中更感兴趣的是1~25Hz的高频段。本文分别介绍了两种用于高频地震动模拟的随机方法,并深入探讨研究了更能反映震源特性的随机有限断层法。对拐角频率的一般表达式进行了推导,着重对基于拐角频率推导的高频能量补偿因子进行了改进。以日本K-NET和KiK-net记录的日本熊本地震主余震地震动数据为基础,统计分析了高频衰减参数kappa与震源、路径和场地的关系。本文主要工作和结论如下:(1)系统的总结了随机点源法和随机有限断层法的由来与发展过程,以及目前国内外的研究现状。详细介绍了随机点源法和随机有限断层法的方法原理、实用范围、参数含义。阐述了随机点源法和随机有限断层法各自的优缺点和异同点。对拐角频率的一般表达式进行了推导,介绍了推导过程中的各种假设条件,并给出了破裂速度表达拐角频率的关系式。本文建议在技术和理论足够支持获取破裂速度随时间变化的函数时,采用由破裂速度、地震矩和应力降来计算每个子断层的拐角频率,这样在提高模拟精度的同时也能反映断层破裂的不均匀性。(2)介绍了随机有限断层法中基于动力学拐角频率的高频能量补偿因子的推导思路,以及孙晓丹等人给出的高频能量补偿因子推导思路。基于孙晓丹等人给出的非均匀分布拐角频率概念,提出了一种新的高频能量补偿因子表达式。按子断层尺寸划分为1km、2km、5km和10km四组,通过假设一个特殊事例地震,对比了改进模型与基于动力学拐角频率的原始模型的远场辐射能。结果显示:在统一滑移下,使用原始模型和改进模型模拟得到的各远场辐射能水平差异不大,两种模型均表现出了理想的结果;在随机滑移下,原始模型模拟得到的不同尺寸子断层的远场辐射能差异显著,并且表现出高频段的远场辐射能量水平随着子断层个数增加而增加的特点,而改进模型虽然也存在差异但并不明显。另外,在不同子断层尺寸下,选用日本熊本7.1级地震作为实例,对比了两种模型下子断层尺寸划分对模拟的PSA的影响。结果显示:改进模型得到的4条PSA曲线较原始模型差异更小,并且要更贴近于实际记录的PSA。(3)在同一场地条件下对随机模拟方法中表征高频段加速度幅值谱衰减的高频衰减参数kappa进行了统计分析。首先,统计了东西方向、南北方向与竖直方向的kappa比值与矩震级、震中距的关系,并给出了用最小二乘法线性拟合的经验关系式。结果显示:kappa比值与矩震级呈中等相关,与震中距呈较强相关;随着矩震级和震中距的增大,水平两分量与竖向的kappa差异在减小。然后分别统计了kappa与矩震级和震中距的关系,并给出了用最小二乘法线性拟合的经验关系式。结果显示:kappa与矩震级和震中距均存在一定相关性;东西方向和南北方向的kappa分布很接近,且均随矩震级或震中距的增大而增大;kappa分布较为离散,尤其是矩震级小于5级时kappa分布体现出的随机性很大,但总体集中在0.06s~0.08s之间;kappa分布较为离散,但总体集中在两倍标准差范围内,在实际应用中可在这个范围内作适当调整。(4)利用日本防灾科技研究所(NIED)提供的土层信息,对熊本地震震中距在250km范围内的81个台站进行了计算。统计了矩震级从4.0到7.1级下kappa与的关系,并给出了用最小二乘法线性拟合的经验关系式。结果显示:kappa与具有较强相关性;近地表地质结构越硬,介质内部摩擦引起的衰减作用越不明显,kappa就越小。由于统计时在震源、路径、和场地三者中限制条件越多,可用于统计的kappa样本点就越少,加之随机因素的存在,这会对统计结果造成很大影响。本文建议在将来的统计研究工作中可以往非线性拟合和多元拟合方向考虑。这一研究结果可以在随机模拟方法中结合场地的地壳放大使用来达到提高模拟精度的目的,又能为只有钻孔信息的地区提供kappa的估计。