川藏铁路线V形深切河谷地形地震放大效应数值模拟

V形河谷场地能产生地震动放大效应,并加剧地震的破坏作用和灾害效应。基于高性能离散元软件MatDEM,对规则V形河谷以及真实河谷地形下的放大效应进行数值模拟研究。结果表明,对于规则V形河谷,在地震波水平入射的情况下,背波坡面产生明显的地震动加速度放大效应,并在临近谷底处最为强烈;随着河谷坡角的增大,放大效应增大。数值模拟结果和解析解具有一致的趋势和规律,并符合现场观测现象。将模型进一步应用于川藏铁路线日扎深切河谷的分析,发现地形微小的转折将会影响到波的传播,临近谷底处的加速度放大效应与规则地形较为一致。离散元法能有效地模拟河谷中地震波的传播、反射、散射等现象,可用于川藏铁路沿线复杂条件下的动力作用灾害效应分析。     

沉积河谷-建筑群地震动力相互作用的二维IBEM模拟

众多城市坐落于沉积河谷之中,沉积河谷-密集建筑群间的地震动力相互作用规律尚不明确。采用间接边界元方法（IBEM）,对在平面SV波入射下,沉积河谷-建筑群之间的地震相互作用进行二维模拟计算和参数分析。研究结果表明：沉积河谷-建筑群间存在着显著而复杂的地震动力相互作用;较浅沉积河谷中建筑群地震响应呈现强弱交替变换特征;入射波角度、沉积河谷的材料、几何特征是影响沉积河谷-建筑群整体地震响应规律的关键因素。总体上看,建筑群对浅沉积河谷地震动响应有较大的降幅效应,特别是高频波入射下最大降幅近50%。实际河谷地震放大效应评估需考虑密集建筑群的影响,而位于地震波聚焦位置的建筑物需适当提高设防标准。     

河口盆地非线性地震效应及设计地震动参数

针对基岩明显起伏、土层非均匀分布的典型河口盆地场地,考虑土体非线性特征,采用黏弹性人工边界模拟无限域对地震波动的影响,建立大尺度精细化二维有限元模型,分析了盆地地表地震动幅值、频谱、持时、传递函数特征,探讨了基岩起伏土层的地震动聚集效应及盆地边缘效应。结果表明：（1）盆地近地表土层表现出不同程度的地震动放大效应,且随土层深度增加呈非单调递减特征,基岩突变处地震动聚集效应明显,盆地两侧产生较为显著的边缘效应;场地中、长周期地震动的放大作用显著;（2）多遇地震、偶遇地震和罕遇地震水平时,场地卓越周期依次介于0.35～0.65 s、0.40～0.75 s和0.50～1.05 s之间;给出了盆地地表PGA（地表峰值加速度）、卓越周期均值等值线图及地表加速度反应谱放大因子建议值,地表设计地震动参数amax（地震影响系数）与Tg（特征周期）明显大于现行《建筑抗震设计规范》取值;（3）盆地特殊位置地表地震动持时得到不同幅度增长,且与输入地震动特性相关;（4）该盆地对0.5～2.0 Hz频段基岩地震动的放大效应比较显著,对小于0.2 Hz或大于2.5 Hz的基岩地震动,该盆地地震动放大效应不明显;（5）福州城区及其邻近区域地震动放大效应普遍较大。大尺度二维非线性分析一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布及土体非线性对地震波传播过程的影响。     

远场大地震作用下大尺度深软场地的非线性地震效应分析

基于ABAQUS软件自行研制的并行计算显式算法集群平台,针对苏州城区典型地层剖面,建立了大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型,对人工地震波和大地震远场地震动作用下深软场地的非线性地震效应进行了比较研究。研究结果表明：（1）与人工地震波作用时深软场地的地表峰值加速度放大效应相比,大地震远场地震波作用时的放大效应尤为显著,由于土介质的横向不均匀性及其非线性,使不同地表的峰值加速度放大效应存在明显的变异性。（2）深软场地对周期小于0.3 s的高频地震波均具有显著的滤波效应;大地震远场地震波作用时,深软场地对周期0.85～1.65 s的长周期地震波的放大效应非常显著,但对2.5～7.0 s的长周期地震波呈现出明显的滤波效应。（3）地震动峰值加速度PGA值沿土层深度和横向的分布形态呈现出明显的高低起伏现象,在不同成因的土层更迭面附近及土介质横向不均匀性显著的区域,地震波的局部聚焦放大和过滤减小现象尤为明显,且大地震远场地震动作用时,20 m以浅土层的PGA值呈现出非常显著的放大效应。（4）地震波的频谱特性、土层的横向不均匀性对深软场地地表加速度反应谱? 谱的谱形有显著影响;给出了描述加速度反应谱沿土层深度变化特征的三维谱形曲线,可以直观地展示出深软场地中细长地下结构地震反应可能存在类共振现象的土层深度。     

基于离心机振动台试验的梯形河谷场地地震动效应研究

研究河谷场地地震效应对场地选址和抗震设计具有重要的指导意义。基于离心机振动台试验分析,研究了梯形河谷场地地震动响应规律。结果表明:基岩河谷场地对地震动有一定的放大效应,放大效应随着地形的变化而变化,但放大效应不显著,场地不同位置对反应谱的影响较小;基岩-土模型基岩面地震动放大倍数明显增大,不同输入地震动情况下放大倍数不同,各个场点对频段为0.5～2.5 s的地震动有明显的放大作用,对地震动放大频域范围明显加大,这与纯基岩场地的有明显的不同,虽然各个场点的反应谱形状有一定的差别,但是反应谱的平台值和特征周期相差不大;由于河谷场地地形效应,河谷场地地表峰值加速度随着地形的变化放大倍数随之变化,阶地级数越高放大倍数越大,谷底放大倍数最小,随着输入地震动强度的增加,阶地级数越高反应谱的平台值越高,特征周期越大。     

确定大跨连续刚构桥地震动输入时程方法比较

以上海某大跨度连续钢构桥梁的场地为例,讨论动水压力对河谷场地土层地震响应的影响,通过对建筑结构抗震规范反应谱生成时程,采用一维、二维模型分别计算得到场地地震动输入时程。对比可以看出,考虑动水压力将会大大减小场地的竖向地震动反应,而动水压力对水平向的地震响应影响不大;反应谱生成时程的方法与一维模型计算得到的时程均与采用考虑场地地形变化的二维模型的计算结果有较大的区别;二维模型计算得到的时程反应谱的卓越周期超出规范反应谱的平台段。最后,讨论了河谷场地对周围场地的影响范围,结果表明河水及河谷对周围场地水平方向的影响范围是沿河谷外侧5倍土层深度或140倍河谷深度,在该范围内的建筑物均应考虑河谷的影响。     

多地貌单元复合场地非线性地震效应特征二维分析

针对由河漫滩、阶地、波状起伏的丘陵地带和残丘等组成的典型复合地形场地,基于ABAQUS软件的显式有限元并行计算集群平台,考虑土体的非线性特征,采用黏弹性人工边界模拟切除的无限域对地震波动的影响,建立了大尺度复合地形真实场地的二维有限元模型,并将基岩地震动视为SH波,分析了不同地貌单元复合场地地震效应特征。结果表明：地形差异引起地表各测点峰值加速度(PGA)及峰值位移(PGD)不同;在相同地震波入射下,河漫滩区地表PGA大于Ⅰ级阶地区域,但其PGD明显小于Ⅰ级阶地区域,且河漫滩区的峰值位移差动较小;场地地表水平加速度反应谱呈双峰及多峰现象,加速度在0.4～1.2 Hz频段放大较多,且加速度反应谱特性与输入地震动相关;特定频段（0.5～1.75 Hz）地震动放大效应与聚集效应比较明显,频率小于0.2 Hz及大于2 Hz时,场地地震动放大特征不显著。低丘区的敏感频率段宽于河漫滩区;观测点的位置影响相应的水平加速度持时大小,局部地形变化将引起地震动持时差异,且持时和输入地震动特性相关。     

软土场地地铁车站结构地震反应特性振动台模型试验

作为地铁车站结构地震破坏机制大型振动台系列模型试验之一,开展了近、远场强地震动作用下软弱粉质黏土场地框架式地铁车站结构体系的大型振动台模型试验。测试分析了模型地基的加速度、孔压、地表震陷和模型结构的加速度、应变、水平位移反应等。结果表明：地震波在模型地基的传播过程中呈现出自下而上低频增大、高频减小的现象;强地震动作用下模型地基的基频明显降低,呈现出明显的低频聚集（放大）、高频滤波效应;模型地基的孔压比增长较小,在不同特性地震动作用下模型地基孔压比的发展过程存在较大的差异,并显示出显著的空间效应;近、远场地震动作用下模型地下结构的加速度反应存在明显差异,模型地下结构对软土地基地震动加速度反应的影响具有显著的空间效应;模型地下结构相对变形小、未出现明显上浮现象,地震动频谱特性对其侧墙的变形模式和大小存在显著的影响;模型结构中柱为地震损伤最严重部位;模型结构整体损伤情况较轻、处于非破坏状态。     

地震荷载不规则性对砂土震陷的影响

利用有限元数值方法模拟不同类型砂土在多向地震荷载输入条件下的动单剪试验,采用弹塑性边界面模型,通过室内动单剪试验实测结果确定模型参数,计算分析地震动特性对砂土震陷的影响。研究结果表明：地震波加载次序、不对称性、加载方向、地震波类型、加载维数对砂土变形影响显著。当大的应力脉冲出现时,砂土竖向应变明显增大,其增量的大小受到大波出现的时刻和次序影响明显;在其他条件相同时,地震波不对称性越明显,砂土竖向应变越大;反向加载对砂土具有向下压应力作用,提高竖向应变值,正向加载效应则与此相反;现有的一些规范方法取20周作为转换后的等幅应力波的标准作用次数进行震陷定量计算,其对于振动型和冲击型地震波输入等效性结果差别较大;Tokimatsu 和Seed（1987）震陷分析方法按2倍单向水平地震动引起的砂土震陷简化确定多向地震动引起的砂土震陷,其结果尚待商榷     

SV波入射下峡谷地形对多支撑大跨桥梁地震反应影响分析

以二维河谷地形在SV波垂直入射和斜入射下的结果作为地震动输入,分析了地形因素导致的地震动差异对一座桥墩高差悬殊的连续刚构桥地震反应的影响,并与一致激励下的结果进行了对比。结果表明：与一致激励相比,考虑地形效应的多点激励作用下,刚构桥地震反应存在显著差异,难以找到规律性,不同的结构部位其最大内力的表现各不一样;多点激励使主梁遭受不利反应;斜入射对低墩和主梁有显著影响,使其内力显著增加或使结构各部位内力分布明显不均衡;与低墩相比,高柔的桥墩对多点激励相对不敏感;大跨度桥梁抗震分析与设计应考虑局部场地和入射波的入射方向和角度的影响     

Effects of seismic wave propagation on a long and narrow building: Body wave and surface wave propagation

In the case of the dynamic analysis of the structures using the recorded earthquake ground motions, it is usually assumed that the ground motion consists of body waves propagating vertically. However, the response of a long and narrow structure may be influenced by the oblique propagation of body waves and the dispersion of surface waves. In this paper, the effects of the seismic wave propagation on the response of this kind of structure are investigated. The characteristics of the wave propagation were verified using the recorded motions and soil information at the building site. The ground motion at every input point of the building was evaluated using the difference of arrival time of seismic waves calculated by assuming the velocity and the direction of the wave propagation. Using these ground motions, response analyses of the lumped mass model for the structure were performed. By considering the characteristics of the seismic wave propagation, the average response decreased but the local response increased around the end of the roof. Further studies of the structure were also performed in order to restrain the response around the end of the roof.     

Numerical and analytical investigation of compressional wave propagation in saturated soils

In geotechnical earthquake engineering, wave propagation plays a fundamental role in engineering applications related to the dynamic response of geotechnical structures and to site response analysis. However, current engineering practice is primarily concentrated on the investigation of shear wave propagation and the corresponding site response only to the horizontal components of the ground motion. Due to the repeated recent observations of strong vertical ground motions and compressional damage of engineering structures, there is an increasing need to carry out a comprehensive investigation of vertical site response and the associated compressional wave propagation, particularly when performing the seismic design for critical structures (e.g. nuclear power plants and high dams). Therefore, in this paper, the compressional wave propagation mechanism in saturated soils is investigated by employing hydro-mechanically (HM) coupled analytical and numerical methods. A HM analytical solution for compressional wave propagation is first studied based on Biot’s theory, which shows the existence of two types of compressional waves (fast and slow waves) and indicates that their characteristics (i.e. wave dispersion and attenuation) are highly dependent on some key geotechnical and seismic parameters (i.e. the permeability, soil stiffness and loading frequency). The subsequent HM Finite Element (FE) study reproduces the duality of compressional waves and identifies the dominant permeability ranges for the existence of the two waves. In particular the existence of the slow compression wave is observed for a range of permeability and loading frequency that is relevant for geotechnical earthquake engineering applications. In order to account for the effects of soil permeability on compressional dynamic soil behaviour and soil properties (i.e. P-wave velocities and damping ratios), the coupled consolidation analysis is therefore recommended as the only tool capable of accurately simulating the dynamic response of geotechnical structures to vertical ground motion at intermediate transient states between undrained and drained conditions.     

地震地面效应数值分析与模型实验简介

地震地面效应是地震工程和工程地震工作者共同关心的问题.前者着重研究地震动对上部结构的影响,后者则主要从事研究地震动对场地地基工程地质条件的影响.1979年对北京市区所作的一维地震反应分析,得出了土层厚度是影响地震地面运动的主要因素.输入地震动的卓越周期及其加速度峰值对反应谱形状的影响较时程曲线的影响明显.但一维方法只反映有界水平层及地震垂向上传.二维动力有限元地震反应分析改进了上述局限性,它可以研究任意形状的地基地质结构,能够反映埋藏基岩地形对地震波的折射、反射所产生的能量聚、散效应,埋藏基岩地形对地震地面效应的影响比上复松软土层土质不均匀的影响要大.超声地震模型实验首次引入工程地震学的研究课题中,得到了与上述数值分析方法相似的结果,并提出若干新问题.它提供了一种能够全面模拟震源—传播途径—场地地质结构的综合研究方法.     

波的传播及其与介质间断相互作用的数值模拟研究

本文用有限差分法模拟研究二维空间中波的传播、散射及其与介质间断的相互作用。文章第一部分运用所模拟的纵波波源讨论了半无限空间表面台阶地形或槽形裂隙所造成的波的散射。这些间断可模拟具有波长量级的悬崖或狭谷。第二部分用差分法与扰动法结合而成的混合法处理半无限空间表面有另一种物质构成的表面浅障碍时波的传播,以模拟山脊、堑沟等地形的影响。此混合法也被用于讨论半无限空间内含有水平夹层或孔隙的问题。所得研究结果对波的传播及其与介质间断的相互作用的理论研究和地震波破坏效应的分析和隔离等应用研究有一定的意义。     

圆弧形沉积谷地对平面P波的三维散射解析解

采用大圆弧面来模拟半空间表面,利用波函数展开法在频域内给出了圆弧形沉积谷地形对平面P波三维散射的一个解析解,并以此解答为基础,进一步分析了入射波频率和入射角度对圆弧形沉积谷地场地反应的影响。数值结果表明,入射波的频率和入射角度对圆弧形沉积谷地场地反应有重要影响。     

基于 GIS 的智能辅助矿产预测系统研究

本文是在“中大比例尺矿床统计预测智能辅助系统（MILASP系统）”的研制中完成的。其中对GIS 与Internet的关系作了论述‚推导并应用了“扩展证据加权模型”‚对陕西省勉略宁地区进行了实例应用 研究‚初步实现了矿床统计预测工作的计算机化和自动化‚加强了智能辅助支持功能的开发‚集GIS、 RS、ES3种功能为一体‚代表了专用型GIS软件开发的最新方向。     

金属矿地震勘探方法技术研究综述

系统地总结了国内外金属矿地震勘探技术及其研究与应用现状,其中包括反射波法、折射波法、散射波法等,并就多项实验研究中采用的方法技术及取得的良好地质效果进行了概括总结,认为反射波地震方法在振测沉积层控矿床和控矿构造方面效果较好,而散射波地震方法不但可探测与矿体有关的地下局部不均匀体,而且,结合其它物探资料还可确定隐伏矿体的...     

Tectonic stress,seismicity, and seismic hazard in the southeastern Carpathians

Intermediate-depth earthquakes in the Vrancea region occur in response to stress generation due to descending lithosphere beneath the southeastern Carpathians. In this article, tectonic stress and seismicity are analyzed in the region on the basis of a vast body of observations. We show a correlation between the location of intermediate-depth earthquakes and the predicted localization of maximum shear stress in the lithosphere. A probabilistic seismic hazard assessment (PSHA) for the region is presented in terms of various ground motion parameters on the utilization of Fourier amplitude spectra used in engineering practice and risk assessment (peak ground acceleration, response spectra amplitude, and seismic intensity). We review the PSHA carried out in the region, and present new PSHA results for the eastern and southern parts of Romania. Our seismic hazard assessment is based on the information about the features of earthquake ground motion excitation, seismic wave propagation (attenuation), and site effect in the region. Spectral models and characteristics of site-response on earthquake ground motions are obtained from the regional ground motion data including several hundred records of small and large earthquakes. Results of the probabilistic seismic hazard assessment are consistent with the features of observed earthquake effects in the southeastern Carpathians and show that geological factors play an important part in the distribution of the earthquake ground motion parameters.