圆弧状多层沉积谷地在平面SV波入射下的动力响应

利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法,推导出了含任意多个圆弧状沉积层的谷地在平面SV波入射下稳态动力响应的解析解,并分析了该级数形式的解析解随着截断项数的收敛问题.其结果表明,该级数解能够在一个非常宽的频带范围内收敛;通过在简化条件下与现有其他解析解的比较,验证了该解析解的正确性;并利用该解析解,以稳态地面运动的位移幅值和相位差为基本参数,在一个较宽的频带范围内讨论了谷地中沉积介质的成层性对地面运动的影响,其结果表明对于多层谷地而言,当入射波频率较高时,散射波之间的干涉显著并且出现了能量聚焦现象.     

圆弧状多层沉积谷地在Rayleigh波入射下动力响应的解析解

利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法,推导出了含任意多个圆弧状沉积层的谷地在Rayleigh波入射下二维稳态动力响应的解析解,分析了该级数形式解析解随截断项数的收敛问题,讨论了在获取该解析解的过程中,用于计算Rayleigh波自由场的有限Fourier级数的项数和用于模拟水平地表的大圆弧的半径对解的影响.研究结果表明,该解析解能够在一个非常宽的频带内收敛.最后,利用该解析解,在一个较宽的频带范围内,讨论了谷地中沉积介质的成层性,包括沉积层的层数、软弱夹层的存在及其厚度等因素对地面运动的影响.     

表层沉积物特性对地震地面运动的影响研究

建立包含震源、沉积盆地和表层低速沉积层的二维模型,采用交错网格有限差分/伪谱混合方法求解地震波传播,讨论沉积层厚度和速度对地震地面运动的作用。结果表明:沉积层内产生的地震波的多重反射以及转换会引起地面运动持续时间的延长,它们的相干叠加会造成地面运动峰值的放大;随着沉积层速度的增加,多重反射与转换波的能量减小,地面运动持续时间减小,但是不同速度或者不同厚度的低速层模型均显示出一致的地面运动峰值放大特征。结果说明,在包含震源、沉积盆地和沉积层的模型中,沉积层对地面运动的作用机理更复杂。在实际应用中有必要同时考虑这些因素的综合作用。     

正交各向异性半圆形沉积谷对SH波的散射

采用波函数展开法给出了具有圆柱型正交各向异性半圆形沉积谷地形对SH波散射的解答,研究了入射波特性和沉积谷的各向异性对地面运动的影响。稳态SH波入射时,在圆柱型正交各向异性沉积谷中波函数的径向函数满足非整数阶的Bessel方程。数值结果表明:沉积谷地表位移的幅值大小与入射波的频率、入射方向、沉积谷介质的径向与环向剪切模量比及半空间与沉积谷剪切波速比和密度比密切相关,当沉积谷介质比半空间介质软时,沉积谷地表位移幅值明显增大,与各向同性介质的沉积谷地相比,沉积谷介质的各向异性对地面运动的影响非常显著。     

用线性波传播模型再现视非线性地震响应

在地震工程中,地震荷载的预测了解沉积层地面运动的放大作用,它定义为沉积 与岩石场地地面运动大小的比值。在１９９４年北岭地震中,观测到的沉积层场地余震的（级为３－４）弱地面运动放大作用是主震（震级为６．７）放大作用的２倍。这种现象的一种解释是沉积层振幅的放大（非线性）作用。然后,利用经验脉冲响应进行的地震模拟和用弱非生,随机三维地壳速度弹性有限差分法的计算表明,线性波传播模型可以解释所观测到的（表现     

强地面运动预测的现状与展望

介绍了基于断层破裂扩展的强地面运动预测方法的可行性。通过对该方法的几次实际应用，指出了其相对于工程上采用的经验方法的优缺点。对于实际的工程问题，我们认为模拟技术本身是可行的。当一个场地有详细的震源模型和沉积层结构模型时，能复现出与观测波形相似的强地面运动波形。然而，我们还没有足够的关于目标场地的未来地震的震源模型和沉积层结构模型方面的信息。在对未来地震引起的地面运动预测工作中，由于模拟模型的缺陷或不确定性，强地面运动预测结果的置信度较小。由实际地震产生的强地面运动强烈依赖于断层破裂过程的场地条件。现有的经验方法得出的是过去地面运动的均值特性曲线。它既不是特定震源的地面运动，也不是具体场地的地面运动。我们必须用能够解释实际特定场地的地面运动方法来评价强地面运动。为了获得比经验方法更优越的方法，在研究断层破裂过程和沉积层结构中，重要的是减少预测的不确定性。     

2013年甘肃岷县MS6.6地震区域地震波传播模拟与地面运动特征研究

2013年7月22日,甘肃省定西市岷县发生M_S6.6地震,造成了严重的人员伤亡和经济损失.地震发生于青藏高原东北部边缘与甘肃东南部地区的交界处,是该区域一百多年以来发生的最大地震.分析本次地震观测数据显示,岷县M_S6.6地震产生的地震地面运动呈现出明显的区域变化特征.为了研究这种区域变化特征,本文使用全球CRUST1.0和SRTM30模型数据建立了甘肃岷县及周边地区的地下三维传播介质模型,使用并行的三维有限差分方法进行了岷县地震的区域地震波传播模拟,并与研究区内数字地震台网记录的地震观测资料进行对比.通过分析地面运动的峰值速度和持续时间的区域分布特征,发现：在青藏高原东北部边缘,较大的地形起伏对地面运动的峰值速度分布起主要影响作用;在青藏高原外围地区,地形起伏较小,而沉积层主要影响地面运动的峰值速度和持续时间,从而导致了明显的盆地效应,如地面运动的振幅放大和持续时间加长.因此,研究区剧烈的地形起伏和表层沉积层是影响地面运动的重要因素.     

盆地构造地震地面运动速度和加速度分布特征的数值模拟

本文用错格实数傅里叶变换的拟谱法的数值模拟方法分析了地震波在冲积扇、盆地等不均匀地震构造体区域的传播过程和地面运动分布. 结果表明, 地震波由岩石区进入盆地结构后,在盆地内上下多次反射振荡,对地面建筑物可能形成多次连续的振动和破坏,仅有极少量地震波能量返回岩石区域中,这是防灾研究中值得注意的地面运动特征;地震波在盆地边界地质构造条件下,形成的地震波体波与次生面波动的叠加干涉形成了大振幅的地面运动,它可能导致建筑物的极大破坏;破坏峰值的空间位置可能远离岩石和盆地沉积层的边界或者地震断层的位置.     

2013年6月2日台湾南投地震强地面运动模拟

2013年6月2日台湾省南投县发生一次里氏6.5级地震,这次地震是最近几年内发生的最大的一次地震,台湾大部分地区以及中国大陆东南沿海城市均有明显震感.为了更深入的理解此次地震的地震波能量传播过程以及强地面运动过程,本文采用三维有限差分方法对此次地震的强地面运动过程进行了模拟.结果显示,台湾中央山脉起伏的地形对此次地震的强地面运动分布特征具有较大的影响,出现了比较明显的地形放大效应;此外,台湾的平原和盆地中的沉积层也对地震波有较强的放大效应.     

海底强地面运动计算

本文将计算综合地震图的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法进行了推广,使之适合于计算海底地面运动的位错点源格林函数。通过对数值例子的分析表明,理论模拟方法可以用于研究海水层和沉积层性质对海底运动的影响,以根据陆地上的资料来定性地获得海底强地面运动的信息。     

A hybrid indirect boundary element—discrete wave number method applied to simulate the seismic response of stratified alluvial valleys

A hybrid indirect boundary element – discrete wavenumber method is presented and applied to model the ground motion on stratified alluvial valleys under incident plane SH waves from an elastic half-space. The method is based on the single-layer integral representation for diffracted waves. Refracted waves in the horizontally stratified region can be expressed as a linear superposition of solutions for a set of discrete wavenumbers. These solutions are obtained in terms of the Thomson–Haskell propagators formalism. Boundary conditions of continuity of displacements and tractions along the common boundary between the half-space and the stratified region lead to a system of equations for the sources strengths and the coefficients of the plane wave expansion. Although the regions share the boundary, the discretization schemes are different for both sides: for the exterior region, it is based on the numerical and analytical integration of exact Green's functions for displacements and tractions whereas for the layered part, a collocation approach is used. In order to validate this approach results are compared for well-known cases studied in the literature. A homogeneous trapezoidal valley and a parabolic stratified valley were studied and excellent agreement with previous computations was found. An example is given for a stratified inclusion model of an alluvial deposit with an irregular interface with the half-space. Results are displayed in both frequency and time domains. These results show the significant influence of lateral heterogeneity and the emergence of locally generated surface waves in the seismic response of alluvial valleys.     

Scattering of plane P waves by canyons containing multiple circular-arc-shaped layers

By expressing the wave functions in the form of Fourier-Bessel series,the analytical solution for the two-dimension scattering problem of plane P waves by the cylindrical canyon topography that contains arbitrary number of circular-arc-shaped layers is presented firstly.And then,the convergence of the proposed series solution with the truncation number of terms is discussed,which demonstrates that the analytical solution can converge even for very high frequencies of the incident P wave.Finally,using this solution,the influences that are imposed on the stationary ground motion by the number and the sequence of alluvial layers,as well as the stiffness of soft interlayer contained in the canyon,are studied.     

圆弧状沉积盆地与软土单覆盖层出平面地表运动对比

采用解析方法，通过圆弧状沉积盆地与同样参数的软土均匀单覆盖层的对比，研究沉积盆地对平面SH波二维散射效应和其出平面地表运动。数值对比结果表明：（1）波垂直入射时盆地中央地表位移幅值反应，其随频率变化形式与软土单覆盖层的地表运动有较强的对应性，且此时单覆盖层地表位移幅值为其下降；（2）盆地的二维散射效应特点显著波的汇聚作用使盆地中的地表运动显著放大，总体上较软土单覆盖层的地表位移幅值要大，其频域内的最大反应则明显大于单覆盖层情况，但最大反应在盆地表面出现的位置依赖于入射波角度、盆地深宽比和盆地的软硬程度；（3）沉积盆地中地表位移运动有强烈扭转效应，且随盆地变软和入射波频率增高而增强。     

An indirect boundary element method applied to simulate the seismic response of alluvial valleys for incident P,S and Rayleigh waves

A boundary integral formulation is presented and applied to model the ground motion on alluvial valleys under incident P, S and Rayleigh waves. It is based on integral representations for the diffracted and the refracted elastic waves using single-layer boundary sources. This approach is called indirect BEM in the literature as the sources' strengths should be obtained as an intermediate step. Boundary conditions lead to a system of integral equations for boundary sources. A discretization scheme based on the numerical and analytical integration of exact Green's functions for displacements and tractions is used. Various examples are given for two-dimensional problems of diffraction of elastic waves by soft elastic inclusion models of alluvial deposits in an elastic half-space. Results are displayed in both frequency and time domains. These results show the significant influence of locally generated surface waves in seismic response and suggest approximations of practical interest. For shallow alluvial valleys the response and its resonant frequencies are controlled by a coupling mechanism that involves both the simple one-dimensional shear beam model and the propagation of surface waves.     

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...     

Scattering of obliquely incident seismic waves by a cylindrical valley in a layered half-space

Three-dimensional scattering of seismic waves by a cylindrical alluvial valley embedded in a layered half-space is investigated by using the combination of the boundary integral representation and the finite element method. The surface displacements due to incident plane harmonic body waves (P, SV and SH) propagating at an arbitrary angle to the axis of the cylindrical valley are evaluated numerically for two semi-elliptical alluvial valleys. The presence of the layer is found to have a strong effect on the amplification of the surface displacements in some cases. The three-dimensional motion seems to be quite critical and may cause large amplification. The surface ground motion becomes significant when compared with corresponding free-field motion as the wavelengths become comparable to the characteristic length of the valley. The maximum amplification always occurs atop the valley. Numerical results show that the amplitude and the amplification pattern of the surface displacement strongly depend upon the frequency, the angle and the type of the incident waves.     

准稳态地震动模拟和场地放大率的计算

本文讨论的是没有强震资料的地区在做地震动模拟时遇到的一些问题。模拟的地震动时程曲线基于统计的衰减数据,如地面加速度峰值或速度反应谱。由于这些数据并不包含有关地震频率成分的信息,要使用相同的统计反应谱对地震动可以随机模拟为稳态或准稳态的设想加以证明。     

SH波入射时多个半圆形沉积谷地附近浅埋圆形孔洞的动力分析

本文采用辅助函数的思想,利用复变函数和多级坐标的方法给出了SH波入射条件下多个半圆形沉积谷地附近浅埋圆形孔洞动力分析问题的解答。将整个求解区域分割成两部分来处理,区域I为多个半圆形沉积谷地,区域II为浅埋圆形孔洞附近带半圆形凹陷的半无限弹性空间。在区域I和II中分别构造位移解,并在二个区域的“公共边界”上实施位移应力的连续条件,建立求解该问题的无穷代数方程组。最后,本文给出了算例和数值结果,并对其进行了讨论。