基于二维数值模拟的盆地地震动放大系数

盆地地震效应的研究已取得长足进展,但是地震动盆地放大效应与盆地特征参数之间的定量分析还尚不充分。文中利用盆地宽度、沉积层厚度、盆地边缘倾角和阻尼比等特征参数的不同组合建立的84个精细化二维盆地有限元模型,基于波动有限元数值模拟方法结合强震动观测记录定量评估了地震动盆地放大效应。结果表明:(1)地震动盆地放大效应明显依赖于周期和盆地内的位置;(2)地震动盆地放大效应主要集中于不超过1.4T₀(场地自振周期T₀)的周期范围内;(3)盆地边缘局部区域的地震动放大系数小于1.0,这可能与盆地边缘入射地震波(SV波)的折射导致部分体波向盆地内传播以及部分SV波转化为沿垂直分量传播的P波等有关;(4)T₀<3.0 s时盆地边缘放大效应最明显,放大系数为1.10～1.40,T₀≥3.0 s时盆地中部放大效应最明显,放大系数为1.30～1.79;(5)不考虑盆地内位置对地震动放大效应的影响时,盆地全局放大系数可取1.38～1.86,该放大系数高于我国现行《建筑抗震设计规范》中规定的不利地段地震影响系数的增大系...     

震源深度对二维盆地放大的影响研究

基于谱元法,采用4种不同倾角的盆地模型,研究了不同震源深度走滑地震非平面波入射时二维盆地放大规律,分析了盆地边缘放大的峰值及其位置与无量纲频率和盆地倾角的关系。结果表明：①随着震源深度的增大,水平方向上速度峰值比的最大值逐渐增大,在震源深度为10km时达到最大,随后减小,且水平向和竖直向速度峰值比的最大值位置逐渐偏向盆...     

含子盆地的二维沉积盆地非线性地震反应分析

在沉积盆地中,由于地表河流和湖泊等的长期沉积作用,容易在盆地内形成新的沉积盆地,称为子盆地。子盆地土体物理性质和周围土体有显著差别,因此子盆地的存在会对整个盆地的地震响应产生显著的影响。本文基于ABAQUS有限元计算平台,以理想二维梯形沉积盆地为例,针对盆地-子盆地这一特殊场地,重点分析了盆地尺寸、盆地-子盆地相对位置、子盆地介质波速和外围盆地倾角等影响因素对盆地-子盆地地震反应的影响。结果表明：子盆地的存在显著影响了盆地内的地震动,子盆地位于盆地中央区域时,对地震动的放大效果最为显著,PGA最大可被放大2倍左右;此外,子盆地介质波速越小,对盆地地震反应的影响最显著,但子盆地介质波速的变化对远离子盆地区域的地震动影响不明显;随外围盆地边缘倾角的增大,子盆地区域PGA幅值随之减小并向左移动,沉积盆地中央区域PGA幅值也随之减小。     

用数值模拟方法研究北京盆地对3～10s地震动的放大效应

以北京盆地为例,针对不同的设定地震,研究了不同震源条件对盆地放大效应的影响。结果表明:尽管震源因素可对计算结果带来一些不确定性,但盆地内沉积物的厚度是控制3~10 s周期段地震动加速度反应谱的主要因素。因此,计算了盆地对3~10 s周期段地震动加速度反应谱的平均放大系数,并通过回归分析得到了平均放大系数与盆地等效沉积物厚度之间的函数关系。最后,结合北京盆地内高层建筑的分布,初步探讨了高层建筑地震致灾风险水平与盆地结构的关系。     

断层位置对三维盆地地震效应的影响

采用谱元法模拟了盆地模型和一维水平成层模型的地震动强度和放大系数的分布特征,探究了直下型断层与盆地的相对位置对盆地地震效应的影响.结果显示:盆地地震动受断层位置的影响显著,特别是当断层邻近且平行于盆地边缘时,盆地地表地震动的边缘效应更加明显,强烈地震动区域的位置随断层位置的移动而改变明显;不同分量放大系数的分布特征差别...     

三维沉积盆地对地震动的放大效应间接边界元法模拟

基于一种高精度间接边界元法(IBEM), 实现了沉积盆地三维地震响应的频域、 时域精细求解, 并以半空间中椭球形沉积盆地对平面P波和SV波的散射为例, 着重探讨了入射角度、 入射波型、 入射频率、 盆地长宽比和深宽比对沉积盆地地震动放大效应的影响规律． 结果表明: 盆地形状对地震波的放大效应和空间分布状态具有显著影响, 且具体规律受控于入射波频段． ① 随着盆地深度增大, 盆地边缘面波发育更为充分, 在较宽频段内均会出现显著的地震动放大效应, 且深盆地的放大区域集中于盆地中部． ② 圆形盆地对地震波的汇聚效应最为显著, 而狭长盆地对地震波的汇聚作用相对较弱, 高频情况下可在盆地内部形成多个聚焦区域． ③ 不同波型入射下, 盆地对地震动放大效应的机制有所差异: P波入射下, 竖向位移放大主要是由于盆地边缘面波由四周向中部汇聚所致; SV波入射下, 边缘面波汇聚效应相对较弱, 而当盆地较深时, 底部透射体波和边缘面波易形成同相干涉从而显著放大地震动． 按盆地内外介质波速比为1/2, P波和SV波垂直入射下频域最大放大倍数分别为25和15, 时域放大倍数约为4.0和3.7(雷克子波)． ④ 低频波入射下, 位移从盆地中部向边缘逐渐减小, 且浅层沉积盆地对地表位移幅值的放大作用不明显． ⑤ P波和SV波的入射角度对盆地地震动放大幅值及空间分布特征也具有显著影响．      

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。     

泉州盆地地震效应的二维非线性分析

基于ABAQUS显式有限元并行计算平台,采用大尺度二维精细化有限元非线性分析方法,研究泉州盆地地震效应特征.结果表明:(1)与基岩输入地震动相比,地表峰值加速度总体呈放大效应,且盆地不同位置的放大效应存在明显差异;(2)地表或基岩剧烈起伏及土层横向分布极不均匀处,地震动易产生局部聚集效应,相应地表地震动呈显著放大或缩小效应;地表加速度反应谱产生双峰甚至多峰现象.(3)在土层竖向、横向分布不均匀处,峰值加速度沿深度方向呈非单调递减,加速度反应谱沿深度存在较大差异.场地地震效应的二维非线性分析法能在一定程度上反映特殊场地条件对地震动效应的影响,该结果可为泉州盆地及类似盆地的场地设计地震动参数的确定提供参考依据.     

地震动残差分析盆地附加放大效应:日本关东盆地为例

我国地震动预测及地震危险性分析通常仅考虑局部场地浅层岩土层对地震动的放大效应,不能考虑较大范围的地质条件影响,如沉积盆地厚沉积层对地震动的附加放大效应通常被忽略,造成盆地内地震动及地震危险性预测结果普遍被低估。本文以地震动观测记录数据充足的日本关东盆地为例,采用地震动残差分析方法评估盆地附加放大效应,分析覆盖层厚度、盆地内空间位置、震级、震源距对地震动放大效应的影响,建立关东盆地附加放大效应经验评估模型。分析表明:关东盆地附加放大效应与反应谱周期相关,整体上从短周期的1.0逐渐增大至周期为5s时的1.5,附加放大效应与覆盖层厚度相关性较小,主要受盆地空间位置和震源距的影响;盆地北部边缘及西北部地区附加放大效应更强烈,盆地南部附加放大效应较小,这可能与盆地边缘效应密切相关。本文建立的关东盆地附加放大效应经验模型略高于BSSA14和ASK14模型的放大效应预测。相关研究结果可用于我国地震动预测、下一代地震动区划图修订等。     

频率域激电有限元数值模拟

在三维地电条件下,应用有限元方法模拟了不同频率谐变电流激发下的地表激电响应,首先根据麦克斯韦方程推导出谐变电磁场复电位的波动方程,利用广义变分原理得到复电位波动方程及其边界条件下边值问题等价的变分问题.尔后将区域剖分离散化,在单元中进行插值,得到一组线性方程组,通过合理存储刚度矩阵、解方程组,得到各个结点上的复电位值,最后得到表征频率域激电响应的幅频率等参数.模拟结果表明该方法合理正确.     

点震源作用下三维沉积盆地地震动谱元模拟

基于高精度谱元法(SEM),以半空间中椭球形沉积盆地为例,研究了点震源作用下三维沉积盆地的地震响应。研究结果表明:沉积盆地对地震动幅值有显著的放大效应,对地震持时有明显的增长效应,地震动空间分布规律受控于震源频率和近断层倾角等因素。主要体现为以下几点:(1)震源函数主频率较高时,沉积盆地内部出现多个波峰波谷,局部聚焦增强,放大效应显著,如震源频率为2Hz时在沉积盆地中心位置的加速度峰值可达1Hz时的5.6倍;(2)随着断层倾角的增大,断层上盘效应逐渐减弱,地表加速度的峰值在逐渐减小,30°倾角断层沉积盆地中心的加速度达1.96m/s^2,是90°倾角断层加速度值的5.2倍;(3)震源频率和断层倾角对位移的影响没有对加速度的显著。     

Propagation of seismic waves in a viscoelastic medium and the effect of topography

In this paper we have simulated the propagation of seismic waves in viscoelastic medium and calculated the effect of irregular surface topography by using finite element method. Several types of elastic and viscoelastic medium models, such as block structure, vidges and/or valley with and without a soft layer underneath have been studied. The distribution of maximum amplitude of displacement and acceleration on surface has been calculated in the case of vertically incident SH and P waves from the basement. The possible application in earthquake engineering is also discussed. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,13, 442–449, 1991.     

龙门山地区历史强震数值模拟

考虑区域地质构造差异、主要活动断裂分布特征和地表附加重力影响,建立反映龙门山地区地表起伏和岩石圈分层的三维粘弹性有限元模型。以GPS为约束重建研究区现今构造应力场,依次模拟龙门山地区1900年以来发生的5次M_S 7.0以上地震,从库仑应力和等效应力角度,分析应力场演化对强震的影响以及强震间的相互作用关系。研究结果表明:从库仑应力角度,有3次地震对后续地震有促进作用,其中汶川地震对芦山地震有触发作用;从等效应力角度,有4次地震对后续地震的发生具有加速作用。     

Numerical analysis of seismic wave amplification in Nice (France) and comparisons with experiments

The analysis of site effects is very important since the amplification of seismic motion in some specific areas can be very strong. In this paper, the site considered is located in the centre of Nice on the French Riviera. Site effects are investigated considering a numerical approach (Boundary Element Method) and are compared with experimental results. The experimental results are obtained thanks to real earthquakes (weak motion) and microtremor measurements. The investigation of seismic site effects through numerical approaches is interesting because it shows the dependency of the amplification level on such parameters as wave velocity in surface soil layers, velocity contrast with deep layers, seismic wave type, incidence and damping.In this specific area of Nice, experimental measurements obtained for weak motion lead to strong site effects. A one-dimensional (1D) analytical analysis of amplification does not give a satisfactory estimation of the maximum reached levels. A boundary element model is then proposed considering different wave types (SH, P, SV) as the seismic loading. The alluvial basin is successively assumed as an isotropic linear elastic medium and an isotropic linear viscoelastic solid with Zener type behaviour (standard solid). The influence of frequency and incidence is analysed. The thickness of the surface layer, its mechanical properties, its general shape as well as the seismic wave type involved have a great influence on the maximum amplification and the frequency for which it occurs. For real earthquakes, the numerical results are in very good agreement with experimental measurements for each motion component. The boundary element method leads to amplification values very close to the actual ones and much larger than those obtained in the 1D case. Two-dimensional basin effects are then very strong and are well reproduced numerically.     

川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模拟

通过建立较精细的川滇地区三维有限元模型,数值模拟了川滇地区主要活动断裂的强震活动对于其他活动断裂潜在强震孕育进程的库仑破裂应力加卸载效应.模拟结果显示在川滇地区主要活动断裂带的几何学展布形态和运动学性质的构造背景之上,川滇地区强震活动相互影响的主要特征是活动断裂面库仑破裂应力变化大多处于增大状态.其中,金沙江断裂带、小江断裂带、楚雄—建水断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带上的强震所产生的加载作用比较强,而丽江—小金河断裂带和腾冲—澜沧断裂带则较弱.1981~2000年川滇地区M≥6.5地震序列的模拟结果显示,后续地震全部位于已发生地震所引起的库仑破裂应力增大区之内.数值模拟结果显示,在川滇地区,一个强震发生之后,发震断层本身强烈卸载的同时,库仑破裂应力的加载效应在其他主要活动断裂带潜在强震孕育进程中占据了主导地位,强震活动之间相互作用的主要效应是应力加载,已发生的强震加速了下一个强震的孕育进程,进而导致一系列地震的发生,直至整个区域所积累的应变能处于较低水平之后,区域地震活动进入一个新的平静期.     

川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模似

通过建立较精细的川滇地区三维有限元模型,数值模拟了川滇地区主要活动断裂的强震活动对于其他活动断裂潜在强震孕育进程的库仑破裂应力加卸载效应.模拟结果显示在川滇地区主要活动断裂带的几何学展布形态和运动学性质的构造背景之上,川滇地区强震活动相互影响的主要特征是活动断裂面库仑破裂应力变化大多处于增大状态.其中,金沙江断裂带、小江断裂带、楚雄—建水断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带上的强震所产生的加载作用比较强,而丽江—小金河断裂带和腾冲—澜沧断裂带则较弱.1981～2000年川滇地区M≥6.5地震序列的模拟结果显示,后续地震全部位于已发生地震所引起的库仑破裂应力增大区之内.数值模拟结果显示,在川滇地区,一个强震发生之后,发震断层本身强烈卸载的同时,库仑破裂应力的加载效应在其他主要活动断裂带潜在强震孕育进程中占据了主导地位,强震活动之间相互作用的主要效应是应力加载,已发生的强震加速了下一个强震的孕育进程,进而导致一系列地震的发生,直至整个区域所积累的应变能处于较低水平之后,区域地震活动进入一个新的平静期.     

淄博市王旺庄水源地地下水开采预测的数值模拟

王旺庄水源地是淄博市晴纶工程的后备水源地,设计供水能力20000m^2／d。利用Ritz有限元数值分析方法。结合单纯性线性规划,在完成了对山东省淄博市临淄区王旺庄一朱台地段的淄博市腈纶工程水源地的水文地质模型建造的基础上,成功地对水源地进行地下水开采模拟,同时对该水源地的未来10年开采作了两种大气降水条件下的地下水动态预测。为腈纶工程水源地地下水开采提供了充分的设计依据。     

碳酸盐岩洞穴型储层双侧向测井数值模拟和响应特征(英文)

洞穴型碳酸盐岩地层具有显著的非均质性和测井预测难度大的特点,如何利用双侧向测井对识洞穴进行准确识别与定量评价,是当前的一个研究难点与热点。利用数值模拟方法计算电测井响应,可为洞穴识别与评价提供理论依据。本文根据双侧向测井原理,采用有限元素法,研究了球状洞穴模型的测井响应特征,并考察了不同尺寸的洞穴对电测井响应的影响;然后,系统研究了不同充填程度的洞穴模型的测井响应,得出了电阻率与充填程度之间的关系;最后,研究了洞穴中充填泥质、灰质、砾岩和砂泥岩薄互层等多种充填物的测井响应特征。研究结果对碳酸盐岩洞穴型储层的识别与评价具有较高的应用价值和研究意义。     

核磁共振测井仪静磁场分布的数值模拟

为了优化磁体设计,加速核磁共振测井仪的研制,本文建立核磁共振测井仪静磁场分布的数学模型,利用有限元方法求取MRIL、CMR及MREx三种核磁共振测井仪的二维静磁场分布,结果表明有限元方法可以方便的求取任意形状磁体的磁场分布,且结果精度较高.