凸起地形对地震动特性的影响

采用基于ABAQUS平台的显式有限元动力学分析方法,结合人工黏弹性边界理论,研究了局部凸起地形对地震动特性(包括反应谱、峰值加速度、峰值速度和峰值位移等)的影响,分析了台地宽度对地形放大效应的影响.结果表明:凸起地形平台段空间点地震动受地形效应影响较大,在零阻尼条件下,其谱比曲线呈双峰特点,.8—0.9s的中长周期段谱比达到一个较大值1.6,在0.08—0.09s的高频段谱比超过2.0,且最大值出现在平台中点;对于凸起地形斜坡段,在大部分周期点处,顶点的谱比高于其它斜坡点,而且在周期超过0.4s的频段,斜坡段观测点的谱比表现出较明显的规律性,即越靠近顶点的观测点,其谱比值越大;坡底段地表不同观测点的谱比基本在脚点与计算边界点(人工边界点)对应的谱比值之间变化,在不同的频段均表现出较明显的规律性.凸起地形平台段宽度对地震动高频成分的放大效应具有较大影响,但只局限在一定的宽度范围内,随着宽度的增大,其对地形放大效应的影响逐渐减弱. 此外,台地宽度的变化对地震动峰值加速度的放大效应有一定的影响,而对峰值速度、峰值位移的放大效应的影响则不明显.      

平面SV波入射下半圆凸起地形地表运动解析解

采用波函数展开法,并借助辅助函数思想,给出了平面SV波入射下半圆凸起地形地表运动的一个解析解,并对解答的收敛性和截断计算精度进行了检验;最后通过若干算例分析了入射频率和入射角度以及凸起地形宽度对地表运动的影响. 数值结果表明,凸起地形对入射SV波具有显著的放大作用, 该放大作用可达自由场的4倍以上. 当入射频率较低时, 位移峰值多位于半空间地表; 而当入射频率较高时,位移峰值多位于凸起地形表面.      

坡地地形对地震动特性的影响分析

采用有限元有限差分方法，结合人工透射边界理论，研究局部坡地地形对地震动特性的影响，分析坡高、坡角对地形放大效应的影响。研究结果表明:坡地地形斜坡段各点反应谱谱比最大值沿坡高逐渐增大，坡脚点对地震动反应谱谱比呈缩小效应；坡底段各点反应谱谱比接近1；坡起平台段空间点受地形效应的影响较大；坡高和坡角对地形效应的影响较明显，当坡角不变时，不同坡高反应谱谱比曲线形状基本相同，峰值点对应的特征周期随着坡高的增加呈增长趋势，峰值点对应的反应谱谱比随着坡高的增加呈增大趋势，斜坡顶点阿里亚斯烈度比值在地形坡高超过一定数值后随着坡高的增加呈增大趋势；当坡高不变时，大部分频段内反应谱谱比最大值随着坡角的增加逐渐增大，斜坡顶点阿里亚斯烈度比值在坡角达到一定数值后随着坡角的增加呈增大趋势。     

相邻地形对地震动特性的影响分析

基于采用透射人工边界的显式动力有限元方法,研究了相邻凸起地形对地震动反应谱特性的影响,分析了相邻凸起之间距离的变化对地形效应的影响。研究结果表明:1与单一凸起地形对地震动的放大效应相比,相邻地形的存在对地震动反应谱谱比曲线的形状影响不大,但对谱比的值具有较大影响,而且其影响程度的大小与地表观测点的位置有关;2相邻凸起地形的存在对凸起平台段中点地震动高频成分的放大效应影响较大,随着相邻凸起之间距离的增加,该影响逐渐减弱,多个相邻凸起构成的组合地形对地震动的放大效应逐渐接近单一凸起地形。     

相邻地形对地震动特性的影响分析

基于采用透射人工边界的显式动力有限元方法,研究了相邻凸起地形对地震动反应谱特性的影响,分析了相邻凸起之间距离的变化对地形效应的影响。研究结果表明：1）与单一凸起地形对地震动的放大效应相比,相邻地形的存在对地震动反应谱谱比曲线的形状影响不大,但是却对谱比的值具有较大影响,而且其影响程度的大小与地表观测点的位置有关;2）相邻凸起地形的存在对凸起平台段中点地震动高频成分的放大效应具有较大影响,随着相邻凸起之间距离的增大,该影响效应逐渐减弱,多个相邻凸起构成的组合地形对地震动的放大效应逐渐接近单一凸起地形。     

SH波入射时凸起场地的地形和土层放大效应

基于间接边界元法,首先采用Ricker波作为输入波,分别研究了SH波入射时均匀半空间凸起场地、两侧含覆盖土层的岩质凸起场地、匀质土质凸起场地、异质土质凸起场地的波传播特征,同时比较了凸起地形与土层对Ricker波的放大效应,研究表明,覆盖土层能增强场地对地震动的散射和反射效应并延长地震动持时,土层对地震动的放大效应比凸起地形对地震动的放大效应更为显著。在此基础上进一步以Taft波、El Centro波和天津波作为输入地震动,研究了异质土质凸起场地的地震响应,就本文所考虑的模型而言,这3种地震动输入下得到的凸起场地对地表加速度反应谱峰值的放大幅度分别为102.9%、149.9%和186.7%,大大高于建筑抗震设计规范中为考虑地形效应而对水平地震影响系数最大值进行增幅的取值。     

Analysis on Dynamic Interaction of Subway Station-soil-aboveground Frame Structure Under Inclined Incidence of SV Wave

地震作用下地铁车站和邻近建筑间的动力相互作用问题已引起许多学者的关注和重视,然而斜入射地震波作用下的相互作用分析研究较少,有关规律仍不明确。为此建立基于黏弹性人工边界的地铁车站-土-地表框架结构整体动力分析有限元模型,围绕入射角、地上与地下结构间距、场地类别等因素,采用频域刚度矩阵自由场地震响应分析方法获得任意角度斜入射SV波作用下地铁车站-土-地表框架结构动力响应规律。研究结果表明,地表框架结构的存在会显著增大车站中柱轴力幅值,当地表框架结构与车站紧邻时,中柱轴力放大幅度最大为730%,放大效应会改变轴力随入射角的变化规律,总体上使车站中柱轴力在SV波垂直入射和超临界角10°左右入射时均具有相当的幅值;地表框架结构对地铁车站层间位移角的影响与场地条件密切相关,在较硬的场地（Ⅱ类场地）中,车站层间位移角放大幅度最大为74%,在较软的场地（Ⅳ类场地）中,车站层间位移角缩小幅度最大为30%;地铁车站的存在对地表框架结构层间位移角具有放大作用,总体上地铁车站与地表框架结构的距离越近,放大作用越明显,地表框架结构层间位移角放大幅度最大为52%。建议将0°入射和超临界角10°左右入射工况作为地上或地下结构地震响应分析的不利工况。     

典型斜坡地形地震动特征分析

以云南鲁甸6.5级地震中房屋建筑破坏严重的龙头山集镇斜坡地形为例,通过地脉动测试分析得出斜坡及坡顶测点相对于坡脚参考点谱比峰值均＞1,顺坡向谱比峰值大于垂直坡向谱比峰值,且谱比峰值从斜坡坡脚到坡顶逐渐增大,坡顶处约为3;顺坡向谱比峰值对应的频率为4.57～5.39 Hz,垂直坡向谱比峰值对应的频率稍高,为5.42～5.96 Hz。通过结合黏弹性边界的时域动力有限元方法分析斜坡地形在垂直入射地震动作用下的响应,数值模拟结果表明,斜坡坡顶处的位移放大作用显著,坡脚处放大作用较小;介质剪切波速对斜坡地震动的影响较明显,尤其是坡顶点处不同介质剪切波速模型位移峰值差异较大。由于斜坡地形复杂的散射效应,在斜坡及附近测点均出现明显的转换面波,坡顶点处波形转换最显著。数值模拟结果进一步验证了龙头山集镇依坡而建的房屋建筑破坏严重是由局部地形地震动放大效应与地震动差动共同作用引起的。     

SH波入射下圆弧状沉积盆地地震反应瞬态解析解计算

地震波散射问题的解析解是研究局部场地、地形、盆地等不规则地层结构对地震动参数放大效应影响的重要理论工具。现有解析解大部分在频域内给出，无法直接用于研究不规则地层结构对地震动峰值、反应谱等参数的放大效应。本文基于平面SH波入射下圆弧状沉积盆地动力响应宽频带稳态解析解，通过Fourier变换，获取瞬态响应解析解。基于此，研究El Centro波入射下，沉积盆地对地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移及不同周期反应谱的放大效应。研究结果表明，盆地宽度和深度、沉积介质波速、入射波角度等对盆地放大效应具有显著影响，地震动反应谱谱比最大值超过2.0，且宽度达10 km的较大型盆地对长周期地震动参数具有显著放大效应，对于位于该类盆地的超高层建筑、大型储液罐、大跨度桥梁等长周期结构，应充分考虑盆地对抗震设防参数的影响。     

覆盖层厚度对反应谱峰值的影响

在研究多个工程场地钻孔资料的基础上,选取和构造了若干典型场地剖面,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了各剖面在不同基底地震动输入的反应谱值及地表加速度峰值,分析了覆盖层厚度对反应谱峰值及峰值周期、地表加速度峰值和放大倍数的影响,得出了一些有意义的结论。     

Response of sedimentary basin to obliquely incident SH waves

This research studies the impact of the incident angle of SH waves on the seismic response of two-dimensional sedimentary basins by using a nonlinear method. At first Ricker wavelet is input for a detailed analysis, followed by a statistical analysis based on a total of 100 real earthquake motions recorded at rock sites. The results show that the incident angle has a significant implication on the basin ground motion. First, the incident angle affects the short-period components more than the long-period ones of the spectral response acceleration, but the dominant period of the spectral response acceleration is insensitive to incident angle and location. Second, the MDIA of a basin is not necessarily 0° (vertical incidence) but in the range of approximately 0°–30°, and hence due attention should be paid to the influence of incident angle in seismic response analysis. Third, basin central areas are seismically preferable to edge regions for short-period buildings located on the basin, while, for long-period buildings, the edge areas become preferable. However, with the increase in incident angle, the difference between edge and central areas diminishes gradually. Finally, given that the dimensions of a basin are perceivable to incidence waves, the slope angle has a considerable impact on the PGA distribution pattern by controlling whether or not peak appears in the edge area. The MDP is most likely to be in the edge area of a basin with small slope angle when subjected to excitation with small incident angle (including vertical incidence).     

The Effect Analysis of Topography on the Spectrum Properties of Anti-Plane Movement

An explicit finite difference method is performed to evaluate the significance of topography effects on the seismic response of viscoelastic sites. The real accelerograms and bell-shape impulse wavelets, slope angle of cliff and angle of incidence on the spectrum property of the incoming waves are all discussed in detail. The conclusions show that the presence of topographic factors and the direction of the incident waves not only significantly affect the peak ground acceleration of a site, but also affect the spectrum properties of the incoming waves, and the effect on the direction of the incident waves is especially remarkable. The study also finds that it is reasonable to analyse spectrum properties with the input of impulse wavelets in the finite element simulation of wave motion.     

局部地形对出平面运动谱特性的影响分析

本文利用显式有限元有限差分方法进行了脉冲和实际地震动输入下的粘弹性场地地形影响的分析计算,研究了坡地地形在高宽比不同、体波入射角度不同时出平面运动谱特性的差异。结果显示:地形的特征尺寸和入射角度不仅对地震动的峰值有影响,而且对地震动的谱特性有较大的影响,其中入射角度的影响尤为显著。另外,研究还表明,基于脉冲输入研究粘弹性地形谱特性的影响仍不失为一种有效的方法。     

圆弧形凹陷在SH波入射下瞬态反应的解析解

针对现有地震波散射问题的解析解均在频域内给出,其适用的频带较窄,不能获取到可靠的瞬态反应解析解的问题,本文利用宽频带频域解析解进一步获取了不同空间点地震反应的宽频带频响函数,并基于傅里叶变换得出SH波入射下圆弧形凹陷地形瞬态动力响应的解析解.以上述为基础,研究了输入脉冲与实际地震动时凹陷的瞬态反应的基本特征,并重点分析...     

地震波斜入射对高面板坝地震反应的影响

为研究地震波斜入射对高面板坝地震反应的影响,根据地震波动入射理论,采用FORTRAN进行波动荷载的编程计算,并与大型通用有限元软件ADINA相结合,实现基于黏弹性人工边界的地震波斜入射,研究P波和SV波分别以不同角度入射对高面板堆石坝地震反应的影响。结果表明,地震波斜入射时大坝地震动反应与垂直入射时明显不同,常规垂直入射的结果偏于不安全,因此在高面板坝地震反应分析和抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

地震动入射角度对地下结构地震响应的影响

考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明：地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。     

P波入射下断层参数对地表地震动的影响

基于应用透射人工边界条件的显式有限元法计算断层破碎带宽度及力学参数变化、地震动入射角变化时二维断层场地模型P波入射下地表地震动场的分布。结果表明:(1)低速度破碎带的存在导致整个场地都有P波转换为SV波的分量,且在断层破碎带的区域出现断层陷波;(2)低速度破碎带的存在使输入场地恒定的能量向破碎带集聚放大,随着破碎带宽度增大或其介质波速降低集聚放大效应增大;(3)场地放大效应是频率相关的,宽度较宽或介质波速较低的断层破碎带对输入地震动中较低的频率成份放大显著;(4)竖向断层破碎带能阻隔斜入射地震P波,随着入射角增加隔震效应更显著。     

基于振动台模型试验的高落差埋地管道地震响应研究

为研究高落差埋地管道的地震响应,进行了高落差埋地管道振动台模型试验和有限元数值模拟,探讨管道径厚比、管道倾角、地震波入射角、地震动峰值加速度和管道埋深对高落差埋地管道地震响应的影响规律.试验结果与数值模拟结果符合较好.研究结果表明,在入射角0°的地震波作用下,高落差埋地管道轴向应变峰值随着管道径厚比的增大而增大;在一定...