北京盆地结构对长周期地震动加速度反应谱的影响

由于城市人口的快速增多以及地价飞涨等原因,高层建筑已经大量涌现于各个城市之中,并且数量仍在继续攀升。另一方面,许多城市均建造于盆地内部,同时具有发生大地震的构造背景,如我国的北京、银川、西安、呼和浩特等。历史上多次大地震中的建筑震害特征表明,盆地对地震动的长周期成分有显著的放大效应,可以对城市中的高层建筑产生很强的     

北京地区地震动的三维有限差分模拟

根据北京地区地壳结构和1679年三河-平谷8级地震的研究结果，对北京地区进行了三维有限差分地震动模拟研究，并研究了北京地区的盆地效应。结果表明，盆地效应非常明显。在北京盆地内的大部分地区，盆地效应的放大系数达到1.3，在某些地区甚至达到2.0。将盆地的放大效应与北京市区地表土层的放大效应进行了对比，发现它们的放大率为同等水平，在部分地区盆地的放大效应更为明显。我国现行的抗震规范中只考虑了地表土层效应的影响，由于许多城市位于盆地内，并且已经修建或正在修建大量的具有较长自振周期的高层建筑。因此，本文的研究结果对城市规划与防震减灾具有重要的指导意义。     

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。     

长周期地震动盆地效应表征模型的数值模拟

地震动是由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动,地震动是震源、地震波在地球介质传播及场地响应这一复杂系统的的产物.地震动研究是跨理论地震学和工程地震学的课题,它不仅有重要的理论意义,同时又有很大的应用价值.     

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...     

SV波斜入射下成层盆地地震动时-频域放大特征研究

基于二维成层盆地模型,以盆地不同场点对应的一维等效土层模型的结果为参考,采用有限元法与人工透射边界相结合的方法,研究了SV波入射时入射角θ对盆地地表地震动放大特征的影响.结果表明入射角度和盆地分层构造对地表地震动放大特征均有显著影响:(1)盆地地表地震动峰值受θ影响显著,不同分量、不同区域(盆地边缘和内部区域)的位移峰...     

盆地深度对盆地地表地震动及次生面波的影响

采用显式有限元与透射边界相结合的方法,以及一种同时考虑频率、视波速及极化特征的Rayleigh面波提取方法,研究了盆地深度d对盆地地面运动、盆地放大效应及次生面波的影响.结果 表明:相比水平成层模型,紧邻盆地边缘区域的地震动被抑制,抑制区的范围随d的增加逐渐扩大.对水平分量,盆地地表位移峰值放大1.1 ～1.25倍,最...     

渭河盆地中土层场地对地震动的放大作用

土层场地对地震动的影响较大,建(构)筑物的选址及其抗震设防必须考虑土层场地的放大作用,以避免或减轻其震害.汶川地震中,布设在渭河盆地中的数字强震动台网共有27个台站(包括2个基岩台站和25个土层台站)获得良好的主震加速度时程.利用这些加速度时程,选择汤峪台做为参考场地,基于考虑几何衰减的传统谱比法分析研究了25个土层场地的放大作用.结果表明:(1)汶川地震中渭河盆地土层场地上的加速度峰值(PGA)有随震中距增加而减小的趋势,且与土层的厚度无关.(2)根据汶川地震中渭河盆地土层场地的加速度反应谱特征及其对地震动的放大作用特征,渭河盆地的土层场地可分为3类:深厚、中厚和薄土层场地.而且,深厚、中厚和薄土层场地分别对地震动的低频、1 Hz附近和高频分量放大作用显著;值得注意的是,深厚土层对地震动的高频分量也有一定程度的放大,只不过相对于低频分量的放大作用较小.(3)汶川地震中渭河盆地的土层场地对不同方向地震动的放大作用不同,且有EW＞NS＞UD的关系.(4)汶川地震中从宝鸡到眉县沿着盆地边缘分布的Ⅶ度烈度异常区是盆地边缘效应和土层场地对地震动放大作用共同作用的结果.     

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...     

强震作用下黄土隧道洞口段地震动放大效应研究

针对黄土地区山岭隧道面临的强震灾害现实特点,以强震作用下洞口周边土体与隧道结构的地震动放大效应为主要研究目标,通过建立三维数值模型,重点研究不同坡度、坡高与入洞高程模型的坡面高程方向、水平方向以及衬砌结构的加速度与位移响应规律,提出坡面加固区范围和隧道抗震设防长度建议值.研究结果表明:仰坡高度、坡角及进洞高程的变化,均...     

沉积环境对地震动场地效应的影响研究

国内外震害经验和研究结果表明,场地效应是引起地表震害和地震动局部变化的重要因素,它主要受场地速度结构的影响。沉积环境是指沉积作用进行时具有的自然地理环境,它会对沉积层的颗粒大小和圆度、孔隙率、含水率等因素产生影响,从而进一步影响以沉积土壤为主的地下速度结构。因此,沉积环境会对场地效应产生一定程度的影响。数值模拟方法可以模拟地下具有任意复杂结构的介质中地震波传播的过程,并获得地表的地震动响应,是一种常用的研究场地效应的方法,在工程抗震验算的地震动定量估计、地震震害预测等领域有重要意义。数值模拟需要以准确的地下速度结构模型为基础,模型的准确性也直接影响到模拟结果的准确性。建立准确的地下速度结构模型需要大量的地球物理勘探资料,其中钻孔测井资料最为准确,然而其成本较高,且对于人口、建筑密集的城市,钻探难度大。因此,本文以玉溪盆地为例,分析了该地区沉积层速度结构与沉积环境的关系,发现沉积层的波速与沉积物颗粒大小、磨圆程度有明显的关联,并建立了使用钻孔中沉积环境特征明显的地层估计钻孔等效波速的方法,从而使未进行波速测井的钻孔可以被应用于场地模型的构建。盆地效应作为一种典型的复杂场地效应,通常对地震动有显著放大作用。本文以沉积环境因素的影响为基础,建立了考虑土层横向不均匀性的玉溪盆地速度结构模型,使用数值模拟方法计算了其地表的地震动反应,分析了玉溪盆地的盆地效应:具有明显的聚焦效应及边缘效应;其位移峰值放大倍数普遍在1.2~1.6倍之间;对于地震动中周期为2s左右的成分的放大效应最为明显。论文中还将上述结果与未考虑沉积环境的模型模拟结果进行对比,指出沉积环境主要影响了盆地聚焦效应的分布以及加速度反应谱中特定周期的地震动反应分布。本论文中使用的数值模拟方法为基于ADINA软件的显示有限元方法。通过二次开发在ADINA软件中加入了人工透射边界,从而使其可以模拟无限域中地震波向计算区外传播的过程,建立了模拟局部场地地震反应的数值模拟方法。     

岩土介质随机性对沉积河谷地震动放大效应的影

基于间接边界元法计算沉积河谷对平面P波和SV波的二维散射,着重考察沉积介质波速和材料阻尼的随机性对河谷地震动放大效应。利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了波速样本和阻尼样本各30组,给出了不同入射角度和频率P波和SV波入射下河谷随机响应的单频和频谱结果。算例分析结果表明:(1)地表位移响应幅值的变异系数极值均显著大于波速比变异系数,且波速比的随机性对地表位移的影响在体系共振频率处最为明显,地表位移的最大标准差可达7.168;低频情况下,沉积中部地震反应变异性更显著,高频情况下则在沉积河谷边缘变异性最大;(2)入射波角度对地表位移响应变异系数极值的影响不大,但对变异系数空间变化的影响显著;(3)阻尼的随机性对地表位移的影响在低频情况下较小,在高频情况下则较明显,尤其是在沉积河谷的体系自振频率处,其影响最为显著。      

甘肃地区三水准超越概率水平地震动峰值加速度关系与场地放大效应研究

通过对甘肃省158个场地安全性评价结果的分析,讨论了不同的超越概率下水平地震动峰值加速度之间的关系以及不同的场地条件对基岩峰值加速度的放大效应。结果对甘肃地区地震安全性评价中水平地震动峰值加速度的取值提供必要的参考。     

爆破地震动效应的数值模拟分析

爆破设计中,场地条件复杂时经验公式的应用受到一定限制。本文采用波动有限元分析方法,研究复杂场地条件下工程爆破时场地的地震动效应,研究爆破地震动特征及衰减规律。根据某重点工程场地岩土参数的原位测试和试验结果,用自行研制的软件包进行场地爆破地震动效应的数值模拟分析,为工程爆破设计及施工前建筑物、仪器设备的加固提供了依据。施工试爆实测结果与本文数值模拟分析给出的结果一致,说明本文方法是可行的,对其它工程也有借鉴作用。     

延怀盆地官厅水库大坝设定地震的地震动模拟

国内外相关研究表明,三维有限差分方法模拟地震动具有较高的准确性和可行性.结合相关理论与方法,利用延怀盆地地壳波速和密度模型,对延怀盆地官厅水库大坝设定地震的地震动进行了模拟.结果表明,模拟结果与用经验公式法所得结果吻合较好,得到的地震动速度时间序列、峰值速度等参数对大坝的结构抗震分析具有一定价值.     

基于谱元法的地震动放大效应研究 ——以青川县斜坡为例

利用无人机航空遥感获取的高精度数据构建DEM模型,结合谱元法数值模拟技术对青川县区域动力放大效应进行探索,并与汶川地震诱发的地震灾害进行耦合分析。结果显示,斜坡地形存在对地震动幅度和持续时间有明显的放大作用。虚拟地震作用下,在东山、狮子梁、桅杆梁地形突出部位均出现峰值加速度放大的现象。合成数据分析表明,这种放大效应具有一定方向性,具体表现为水平向放大大于垂向,南北向放大大于东西向。根据对比,模拟结果与实测分析结果较为吻合,可为进一步开展斜坡地震动力评价提供参考依据。     

岩土介质随机性对沉积河谷地震动放大效应的影响

基于间接边界元法计算沉积河谷对平面P波和SV波的二维散射,着重考察沉积介质波速比和材料阻尼比的随机性对河谷地震动放大效应的影响.利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了波速比样本和阻尼样本各30组,给出了不同入射角度和频率的P波和SV波入射下河谷随机响应的单频和频谱结果.算例分析结果表明:①地表位移响应幅值的变异系数极值均显著大于波速比变异系数,且波速比的随机性对地表位移的影响在体系共振频率处最为显著,地表位移的标准差最大可达7.168;低频情况下,沉积中部地震动反应的变异性更显著,高频情况下则在沉积河谷边缘变异性最大;②入射角对地表位移响应变异系数极值的影响不大,但对变异系数空间变化的影响显著;③阻尼比随机性对地表位移的影响在低频情况下较小,在高频情况下则较明显,尤其是在沉积河谷的体系自振频率处,其影响最为显著.      

山地地形对地震动放大作用的机理探讨

从震后的调查和监测中发现,大地震会对山区地形形成的地质灾害,山地的局部位置,地震动加速度显著放大,甚至能使大型石块高速临空抛射,该文从地震波在介质中传播的角度,通过分析不同入射角度和不同反射界面地震波的反射叠加情况初步解释这一放大作用产生的机理,得出结论：（1）山地地形是产生地震动放大效应的主要原因;（2）放大效应与山体坡度密切相关（3）山脉走向会影响地震动水平分量的差异。并基于此对山区地形的震害防御工作提出建议。     

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．      

台湾双冬断层近场脉冲型地震动的数值模拟

根据我国台湾地区西部的地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的震源参数,建立了三维速度结构模型和两类震源模型。基于地壳中断层的位错积累量和岩石破裂后应力应变的传播特性,采用三维有限差分法对双冬断层活动可能产生的近场脉冲型地震动进行了模拟研究。结果表明:走滑断层垂直于断层走向的水平分量和逆断层垂直分量的峰值速度较大;由方向性效应所产生的双向速度脉冲主要集中在垂直于断层滑动分量方向,而由滑冲效应所产生的单向速度脉冲则主要集中在平行于断层滑动分量的方向;受方向性效应和上盘效应的共同制约,近场脉冲型地震动呈不对称带状分布,速度脉冲多分布在距离走滑断层迹线15 km和逆断层迹线10 km的范围内;速度反应谱在断层面的覆盖范围内沿破裂方向逐渐增大,且速度脉冲可能会对大型建筑物产生严重的剪切破坏。受凹凸体特性的影响,地震波场显示南投、台中和苗栗处于强地震动危险区。