逆断层地震作用下三维沉积盆地地震动谱元法模拟

近断层地震动对近场区域会造成严重的地震灾害,尤其区域内存在沉积地形时会进一步加重灾害。目前,针对释放能量更大、破坏力更强的逆冲断层地震作用下沉积盆地的地震动响应研究还未见报道。本文即采用谱元法,研究了动力学逆断层地震作用下的三维沉积盆地的动力响应。文中以椭球形沉积盆地为例,对其逆断层地震动响应特性进行了分析,并探讨了改变内外介质波速比和沉积厚度时沉积盆地内部观测点地震动时程和峰值变化规律。研究表明:①沉积内外介质波速比对沉积盆地的地震动影响显著,当沉积内部介质波速比降低时,盆地内部地表的峰值响应增大,地震动持续时间明显延长,尤其是位于盆地中心加速度峰值放大2.08倍,持时延长1.97倍;②沉积盆地厚度同样对其地震动响应产生影响,当沉积厚度增加时盆地中心位置地震动响应减小,加速度峰值缩小约0.64倍,而盆地边缘区域的地震动响应明显增大,峰值放大约1.35倍。      

基于动力学震源模型的三维沉积盆地直下型断层地震动模拟

沉积盆地与近断层地震共同作用会增加地震破坏的风险水平,尤其是盆地下方直下型断层发震情况。采用动力学震源模型刻画断层破裂发震过程,开展沉积盆地直下型断层谱元法地震动模拟研究,探讨不同断层面初始剪应力和成核区位置下三维沉积盆地地表响应规律。研究结果表明,断层面应力降对盆地地表地震动的影响显著,在断层面强度一定的情况下,随着初始剪应力的增大,即应力降增大,盆地地表峰值响应增大,原因在于应力降的改变影响了断层破裂释放能量,进而引起断层破裂速度改变,最终导致盆地地表响应发生变化;改变断层面成核区位置会对盆地内部地震动分布规律产生影响,当成核区位置从断层中间向断层左侧移动时,盆地左侧地震动逐渐减小,而右侧地震动逐渐增大,最终表现为盆地右侧地震动显著高于盆地左侧,原因在于改变成核区位置后,导致近断层地震动的方向性效应发生变化。     

基于有限断层动力学模型的逆断层—三维层状沉积盆地地震动模拟

近断层效应使得沉积盆地对地震动放大效应更为复杂。本文针对逆断层发震下三维层状沉积盆地地震反应,基于波动谱元法,采用有限断层动力学模型,模拟断层动力破裂、地壳层地震波传播和层状沉积盆地对地震波散射全过程。在此基础上,对比分析了层状和均质沉积盆地对近断层地震动放大效应的影响,讨论了不同断层倾角下层状沉积盆地地震动加速度特性。结果表明：层状沉积盆地PGA空间分布与均质沉积盆地存在较大差异,由于近断层效应和盆地效应,层状沉积盆地地表局部范围竖向PGA大于水平向PGA;90°断层倾角下层状沉积盆地地表地震动放大范围与60°断层倾角结果明显不同,主要集中在盆地中心区域和断层附近,且幅值远小于60°断层倾角下结果;沿断层走向,盆地内地表地震动加速度峰值对应时刻较盆地外延后。     

施甸盆地三维地震动研究

本文利用三维施甸盆地模型以及川滇地区的地壳速度结构,采用谱元法和并行计算技术,考虑地形的影响,模拟了盆地外围中等设定地震作用下施甸盆地地震波的传播,分析了面波的产生和传播,研究了该盆地不同位置剖面地震动的差异和原因.研究表明,小型盆地在中等地震的作用下盆地内部地震动空间差异很大,盆地中较深的小型凹陷更容易汇聚面波,形成更强的振动,位于覆盖层厚度剧烈变化区域的地震动强度也会很大,甚至大于覆盖层厚的区域.较基岩地震动,盆地内地震动持续时间明显增加,地震动的放大作用明显,这也是盆地震害严重的主要原因之一.     

基于逆断层动力学模型的三维山体地震动谱元法模拟

逆冲断层是常见的断层错动形式,具有释放地震能量大破坏力强的特征,同时大量震害调查和强震观测表明,山体地形对地震动的显著放大效应会进一步加重震害,然而目前还鲜有针对逆冲断层作用下山体地震动模拟的研究.文中即采用谱元法,建立含动力学逆断层震源和三维山体地形的整体物理模型,研究了动力学逆断层地震作用下的三维山体动力响应.文中...     

考虑阻抗比影响的三维沉积盆地地震动时-频放大特征

基于三维谱元法模拟了三维沉积盆地模型在点源作用下的地震动响应,通过分析地表速度峰值、放大系数以及特征频率处的谱比分布,研究了不同阻抗比(IR)下盆地的地震动放大特征。结果表明：1)地震动峰值并非随阻抗比的增加而单调递减,且最强烈地震动位置均随阻抗比的减小而向盆地内部移动。2)地震动放大系数与峰值分布总体一致,IR在0.08～0.44的范围内,盆地地表地震动幅值可达基岩半空间地震动幅值的3.68倍。但小阻抗比时三维盆地地震效应会引起某些分量上放大系数的显著不同的分布特征。3)最大放大频率随阻抗比而变化,IR=0.26～0.33时的主要放大频率为IR=0.08时的3倍。4)三维盆地地震效应、阻抗比和一维等效自振频率共同决定了盆地地震动的时-频域放大特征。比较而言,阻抗比较小时更应考虑三维盆地的地震效应。     

基于谱元法的三维盆地－子盆地共振初步研究

本文基于谱元法,模拟三种深度的点震源下,四种倾角的三维单一小盆地模型和盆地－子盆地模型的地震动,通过盆地模型和基岩半空间模型的傅氏谱比分析三维盆地－子盆地模型的共振频率和放大特性。结果表明:（1）盆地－子盆地模型下,外部大盆地的存在导致子盆地共振频率下降约5%,盆地倾角的增大导致子盆地的共振频率略微减小。三维子盆地的共振频率约为二维模型的1.5倍左右。（2）子盆地模型相对于基岩半空间的放大倍数随着盆地形状比降低而增加。形状比由0.88降低至0.5,子盆地的放大系数增大1.3－1.8倍左右。（3）盆地－子盆地模型相对于单一小盆地模型的放大随震源深度的增加而降低,震源深度由2 km增加到18 km,由2.3降至1.3。     

基于有限断层震源模型的北京地区强地震动模拟——以1679年三河—平谷8级地震为例

采用谱元法在国家超算中心“天河一号”上模拟了1679年三河—平谷8级地震北京地区强地面运动,开发了适用于谱元法模拟的运动学有限断层震源程序,并依据地面GIS高程数据和地下勘探资料建立了含地表起伏的北京地区精细三维速度结构模型,实现了最高频率为2Hz的确定性物理模拟。对比双侧破裂和2种单侧破裂情况的模拟结果,重点讨论了破...     

地震动随机合成中与震源谱相关的动力学拐角频率

介绍了基于有限断层震源的地震动随机合成中静力学拐角频率和动力学拐角频率,讨论了两者的缺点;进而提出了一种改进的震源谱模型,它能够表达破裂面上地震波频率辐射不均匀性、大震时拐角频率随破裂面积增加而有所下降的趋势．据此,可以形成与该震源谱模型相关联的动力学拐角频率,应用于地震动的随机合成,避免结果对子源尺寸的依赖．通过对美国北岭Mw6.7地震近场6个基岩台站合成的地震动与实际记录的比较,验证了本文方法的有效性.      

Seismic wave modeling in viscoelastic VTI media using spectral element method

Spectral element method (SEM) for elastic media is well known for its great flexibility and high accuracy in solving problems with complex geometries. It is an advanced choice for wave simulations. Due to anelasticity of earth media, SEM for elastic media is no longer appropriate. On fundamental of the second-order elastic SEM, this work takes the viscoelastic wave equations and the vertical transversely isotropic (VTI) media into consideration, and establishes the second-order SEM for wave modeling in viscoelastic VTI media. The second-order perfectly matched layer for viscoelastic VTI media is also introduced. The problem of handling the overlapped absorbed corners is solved. A comparison with the analytical solution in a two-dimensional viscoelastic homogeneous medium shows that the method is accurate in the wave-field modeling. Furtherly, numerical validation also presents its great flexibility in solving wave propagation problems in complex heterogeneous media. This second-order SEM with perfectly matched layer for viscoelastic VTI media can be easily applied in wave modeling in a limited region.     

地震作用下曲线梁桥双向碰撞作用影响分析

碰撞作用直接影响到桥梁不同构件的地震响应,是桥梁抗震研究中一直关注的问题。针对地震作用下曲线梁桥因主梁面内转动而发生主梁与切向桥台和径向挡块碰撞的现象,以1座3跨预应力混凝土连续梁桥为例,采用非线性时程分析方法,对曲线连续梁桥的双向碰撞作用影响进行研究,并分析了不同减撞措施的效果。结果表明:考虑双向碰撞作用后,下部结构响应有明显增加,主梁转动现象变得复杂,曲线梁桥地震响应分析中应通过建立精细化模型来考虑主梁双向碰撞作用的影响;在切向桥台处设置限位拉锁装置能起到较好的减轻双向碰撞作用的影响,以及采用减隔震设计后,减撞效果更明显,桥梁抗震性能明显改善,但合理减撞措施设计参数应结合曲线梁桥约束体系及结构设计参数进行体系分析确定。     

500kV电流互感器抗震性能分析

地震给电力设备带来严重破坏,需要加强对电力设备抗震性能方面的研究.根据GB 50260-1996电力设备抗震设计规范,阐述了振型分解反应谱理论计算电力设备地震响应的基本内容及步骤,结合500kV电流互感器抗震性能评估的工程实例,应用强度破坏准则对模型进行了抗震性能验算.结果表明,该互感器可满足抗震设防烈度为9度地区的使用要求;根据危险断面出现位置,给出提高抗震性能的几点措施,可为其他电力设备抗震性能优化提供参考.     

Simulating strong ground motion with the `k -2 ' kinematic source model: An application to the seismic hazard in the Erzincan basin, Turkey

We present a seismic hazard application of a kinematic broad-bandrupture model. This model is based on the k-square dislocation distribution concept (Herrero and Bernard, 1994).Synthetic seismograms are calculated in the far-field approximation with alayered velocity medium for the 13 March 1992 Erzincan earthquake.With a parametrization of the source constrained by other studies,the far-field contribution correctly fits the recorded strong ground motion, which presents a 0.5 to 2 Hz dominant frequency range.As the k-square model is particularly well adapted to synthetize realistic strong-motion at short distances from the fault,it is a reliable tool for calculating seismic hazard maps around active faults. We thus present a synthetic peak ground acceleration map associatedwith the 13 March 1992 activated fault, for a 60 km × 60 km regionaround the epicenter taking into account a smoothed velocity structure ofthe basin in agreement with the absence of significant site effects related to1D resonance deduced from the aftershock records study.This map is compared with several post seismic reports: macroseismicintensities, detailed distribution of damage, and soil cracking andliquefaction. Our model shows that the values of the peak acceleration andvelocity can explain the dominant spatial distributionof these effects, which concentrates in a narrow band along theactivated segment fault, and in particular at its southernextremity. These results enable us to present such maps forhypothetical future earthquake ruptures, located on the major visible orinferred active fault segments in and around the basin. The effects ofthese potential sources are analyzed in relation to the 1992 eventeffects in order to eliminate unknown site responses. We show that thesouthern part of the basin is particularly exposed because of thepresence of strike-slip faults,and that the western part of the basin would suffer a significantlyhigher strong motion levelthan during the 1992 event with the activation of moderate sizednormal faults evidenced on thesouthwestern edge of the basin.     

Rayleigh波入射下相邻山体地震响应边界元法模拟

采用间接边界元法（IBEM）,对Rayleigh波入射下两邻近山体的地震响应进行了定量分析。结果表明:与单个山体在Rayleigh波入射下的地震响应相比,两山地形的地震反应规律更为复杂,反应特征受控于入射波频率和山体间距等因素。总体上看:入射Rayleigh波频率较低时,两山间距对双山地形地震反应影响较大。低频波入射,受邻近山体影响,迎波面山体水平位移峰值约为入射波水平位移的6.3倍,放大效应可达单山作用的1.5倍。且山体山脚处竖向位移的频谱振荡更为剧烈,特定频率下山脚的竖向位移反应可达单山放大效应的1.6倍。较高频波入射时,迎波面一侧山体受邻近山体影响较小,且对波表现出明显的屏障效应,背波面山体地震反应强度被削弱。     

二维梯形沉积盆地放大效应的数值模拟研究

盆地效应作为场地效应的一种特殊类型,其对地震动的影响仍在持续研究当中.建立二维梯形沉积盆地模型,模型边界采用透射人工边界,利用显式有限元法作为求解方法.根据Bucking-ham提出的π定理定义了多个影响盆地效应的无量纲参数,包括盆地深宽比、介质波速比、盆地深度与入射波长之比、盆地开口宽度与入射波长之比.以Ricker...     

MCZT在气枪震源信号频谱分析中的应用

气枪震源信号是短时非平稳信号,采用频谱细化算法能提高频谱分析的准确性。首先进行了改进线性调频Z变换(MCZT)和FFT两种频谱分析算法的误差仿真计算,然后进行气枪震源的水下子波信号和地震波信号的对比计算。结果表明MCZT计算误差较小、计算时间较少,能有效提高气枪震源信号频率和幅度特征提取的准确性,是气枪震源信号频谱特征分析的一个有效方法。