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自贡西山公园山脊场地地形和土层效应数值模拟 总被引：2，自引：4，他引：2
利用自贡地形影响强震动观测台阵在汶川地震中获得的强震动记录,以位于山脚下基岩上的台站为参考点,采用传统谱比法对场地放大效应进行了初步分析;同时用显式有限元-有限差分方法模拟了自贡西山公园山脊场地地形和土层的地震动效应,并进行了数值模拟结果与强震动观测结果的对比分析.结果表明:上覆土层对地震动的放大作用相对于地形变化的放大作用更为明显;地形对地震动水平分量的放大效应要明显于对竖直分量的放大效应;采用二维模型对上覆土层的模拟与观测结果较吻合,对于基岩介质部分的模拟在低频范围内也能反映山脊地形对地震动的影响. 相似文献
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2008年汶川MS8.0地震中, 固定和流动地形影响台阵记录到大量主余震记录, 本文通过对其均方根加速度、 相对持时、 频谱等要素进行分析, 讨论了山体地形效应的特征及其影响因素. 对于自贡西山公园地形台阵各测点的分析结果显示: 该台阵山脚基岩位置地震动的均方根加速度和相对持时明显低于山体周边土层场地和山体基岩测点; 随着高程的增加, 山体基岩测点的均方根加速度逐渐变大, 相对持时则变化不大, 傅里叶谱形状也大体一致, 在2.0—5.0 Hz频段内有所放大; 山体周边土层场地和山体地形对于相同地震动输入中不同频段内地震动能量的放大水平不同, 从而导致二者的地表地震动强度产生显著差异, 且前者对地震动持时的增加更加显著. 相似文献
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玉田低烈度异常区位于河北省玉田县的中北部地区,该区在1679年三河—平谷8.0级特大地震和1976年唐山7.8级大地震中都表现出了明显的低烈度异常现象,是典型的低烈度异常区。唐山大地震以后,国内外众多学者对其异常的原因进行了较为深入的研究,取得了丰富的研究成果。作为一种探索,本文在已有研究成果的基础上,采用谱元法对异常原因进行了更为深入的研究。谱元法属于广义有限元法,是一种新的地震动数值模拟方法,具有计算精度高、收敛快以及易于实现并行运算等优点,用其进行数值模拟计算能大大减少内存需求和计算时间。近年来,该法取得了较快的发展,目前已成为进行大尺度、复杂地质结构模型地震动数值模拟分析的重要工具。破坏性地震震害异常机理的探索是进行场地条件对地震动影响研究的核心问题之一。本文为震害异常机理的研究提供了一种新的方法,这一工作对促进震害异常机理以及场地条件对地震动影响的研究具有重要的理论和实际意义。本文在对震害异常产生原因和研究进展进行详细归纳和总结的基础上,通过对玉田低烈度异常区已有研究成果和收集资料的分析,重点从基岩地形和土层特性两个方面,对玉田地区3个计算剖面的地震动反应进行了谱元法模拟,研究了玉田低烈度异常区的异常机理,得到了若干有意义的结论。本文取得的主要研究成果如下:(1)建立了玉田地区105m深度内的土层波速结构模型。根据收集的68个钻孔数据,从钻孔深度、覆盖层厚度、土层剪切波速以及场地类别4个方面对玉田地区土层的波速特性进行了详细分析,拟合得到了黏性土、砂土和碎石土剪切波速随深度变化的经验公式,再结合不同土层的波速特征,以平均剪切波速作为分类指标对玉田地区的土体进行了分层统计,建立了该区105m深度内的土体波速结构模型。(2)研究了基岩地形特征对地表地震动强度的影响。在对简单基岩凸起模型理论分析的基础上,通过对简单基岩地形模型的谱元法分析,从多个方面探讨了基岩凹陷或凸起地形对地表地震动强度的影响。结果表明,基岩凹陷或凸起地形的存在改变了地震波的入射角度,在使其出现多次折射与反射现象的同时,也使传播至凹凸变化区域的地震波向内汇聚或向外发散,从而导致与该区域相对应地表处的地震动强度整体得到加强或减弱,形成地震动强度相对增强区或减弱区。地震动强度相对增强区的范围较基岩凹陷区小,两者的比值随着基岩凹陷地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐减小。地震动强度相对减弱区的范围较基岩凸起区大,两者的比值随着基岩凸起地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐增大。(3)研究了玉田地区基岩地形对震害异常的影响。通过对玉田地区3个剖面6个基岩地形模型的谱元法分析,探讨了各剖面中基岩地形的变化对地表地震动强度的影响。结果表明,玉田地区地表地震动的强度受基岩地形凹凸变化的影响,且这种影响在玉田地区的南北方向上表现得较为明显。玉田县城下基岩凸起地形的存在,降低了城区内大部分区域的地震动强度,形成了地震动强度相对减弱区;而县城以北区域下基岩槽形洼地的存在,则增大了该区的地震动强度,形成了地震动强度相对增强区。相对增强区内的地震动强度为相对减弱区的2倍左右。地震动强度相对减弱区与震害异常区相对应,且其范围较基岩凸起区大。(4)研究了玉田地区土体对震害异常的影响。通过对玉田低烈度异常区内外土体模型的谱元法分析,从地震动强度和频谱特性两个方面,探讨了同一地震作用下异常区内外土体地震动反应的异同。结果表明,在0~105m的深度范围内,玉田异常区内外土体的地震动强度相差不大,且都具有大致相同的频谱特性。异常区内外土体对较低频段(异常区内为0.67~3.17Hz,异常区外为0.67~2.94 Hz)地震波都具有明显的放大作用,而对高频段(6 Hz左右)地震波则都具有一定的吸收作用,并且这种放大、吸收作用在水平方向上表现得尤为明显。(5)研究了玉田地区基岩地形和土体对震害异常的共同影响。通过对玉田地区3个实际剖面的谱元法分析,综合分析了基岩地形和土体对震害异常的影响。结果表明,基岩地形与土体的共同作用,在增大地表地震动强度的同时,更显著地加强了基岩凸起(凹陷)地形对地震波的发散(汇聚)作用,表现出了明显的低烈度异常现象。低烈度异常区的范围较基岩凸起区大,但与震后现场调查得出的0.2等震害指数包线相比,其在南北向的范围较小,东西向则相差不大。综上所述,在合理考虑介质各向异性、地质构造背景以及场地条件等多种影响因素的前提下,建立正确的计算模型,利用谱元法进行震害异常机理研究是可行、有效的。玉田低烈度异常区的出现,是基岩地形与土体共同作用的结果。其中,玉田地区基岩地形的凹凸变化,在加强玉田县城以北区域地震动强度的同时,也降低了玉田县城内大部分地区的地震动强度,从而使县城内大部分地区的地震动强度相对更低;玉田地区深厚覆盖层的存在,导致土体的卓越频率主要位于较低频段,这与唐山地震时区内建(构)物自振频率较高的特点正好相反,避免了共振现象的产生,降低了玉田地区建(构)物的破坏程度。基岩地形和土体的共同作用,使玉田城区内大部分区域的震害程度相对更低,从而形成了典型的低烈度异常区。 相似文献
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基于自贡西山公园山体地形影响台阵和唐山响堂土层场地台阵的地震动记录, 采用互相关分析、 相干系数分析、 傅里叶谱比法和考虑相干系数的傅里叶谱比法, 对比研究了山体地形和土层场地两种局部场地条件对地震动的影响。 结果表明, 局部场地条件下的地震动效应与地震波的频率成分相关。 低频地震波由于其波长较长, 易于穿过土层场地和山体地形发生衍射, 从而导致二者地震动显著相关, 但二者在该频段的地震动场地效应差异不大; 较高频率的地震波由于其波长较短, 更容易受土层场地条件和山体地形条件的影响, 造成二者地震动场地效应差异显著。 此外, 由于山体顶部的尺寸变小, 低频长波长地震波容易在该位置发生衍射, 导致山顶周边测点的地震动相关性增加, 而较高频率的地震波则容易引起山顶局部场地发生共振效应。 山体地形上相邻位置的地震动差异一般较大, 相关性较低, 这与山体地形不同位置的几何形状对较高频率的地震波影响有关; 山底基岩的地震动受山体地形的影响较小, 该位置的地震动效应机制尚需作进一步研究。 相似文献
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合理的地震动输入是定量解释震害和烈度异常的基础.以汉源老县城震害为评价基准,确定了汉源老县城高烈度异常区的汶川地震基岩地震动输入.基于汉源老县城周边的九襄、清溪、宜东和乌斯河4个强震台站记录,采用LSSRLI-1程序反演给出了各自台站的水平向基岩地震动;选取汉源县城典型场地,利用LSSRLI-1程序计算给出了不同强震台站基岩地震动作用下的场地地表加速度时程和反应谱,以最可能引起汉源老县城震害的强震台站基岩地震动作为汉源县城的基岩地震动输入.研究结果表明:九襄台站反演的基岩地震动最可能反映汶川地震时汉源老县城的基岩地震动特性,因而用九襄台站的基岩地震动作为汉源老县城的地震动输入解释汉源县城高烈度异常现象是合理的.本文的研究思路为定量解释震害的地震动输入确定提供了重要参考. 相似文献
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基于时域隐式动力有限元结合黏弹性人工边界的方法,实现了地震动垂直入射下三维河谷地形地震反应的数值模拟。在此基础上,针对河谷地形对地震动的影响,对峰值差异、质点运动轨迹等进行了分析,继而分析了地震动相干性及相位差等频域特性。结果表明:河谷地形对地震动强度具有显著影响,其与河谷特征及场点位置相关;河谷地形能产生明显的地震动转换,且坡度越大地震动转换越明显;河谷地形效应会减小地震动的相干性,表现为河谷两岸地震动之间相干性较好,而边坡下降会导致相干性的减小;河谷地形效应导致地震动产生相位差,相位差大小与场点位置相关,但河谷两岸地震动之间几乎不存在相位差,而斜坡及谷底相位差均较大。 相似文献
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局部地形条件对地震动放大有显著影响,解析法和数值法均可研究该问题,而解析法可以分析问题的物理本质和检验数值法的精度.将局部地形分为无盖层凹陷地形、有盖层凹陷地形(沉积谷地)、凸起地形和复合地形;分别综述了国内外关于各种局部地形对地震动影响的解析解研究成果.从以下4个方面分析和讨论当前研究成果:①研究方法;②计算介质模型;③各局部地形研究水平的不均衡;④研究存在不足之处.提出了未来发展方向:未来该领域应加强研究局部地形对Rayleigh波地震动响应规律,开展局部地形对多种波耦合入射下的地震动响应规律的研究,运用非线性波动理论研究局部地形对地震动的影响和开展三维非线性地震动数值模拟研究. 相似文献
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地形对地震动的影响比较复杂, 考虑地形放大效应的地震滑坡稳定性分析需要选择合适的地震动参数. 本文使用自贡地形影响台阵记录到的2008年汶川MS8.0地震主震加速度记录, 分析了地震动峰值加速度、 阿里亚斯烈度以及90%能量持时随地形高度的变化, 探讨了地形效应作用下峰值加速度和阿里亚斯烈度与地震动作用下斜坡稳定性的相关性. 结果表明: ① 地形场地对峰值加速度和阿里亚斯烈度均有显著的放大效应. 地形放大效应较为复杂, 其整体上随台站高度的增加而增大, 水平向的放大效应大于竖直向. 水平向峰值加速度的放大系数为1.1—1.8, 阿里亚斯烈度的放大系数为1.2—3.3; 竖直向相应放大系数分别为1.1—1.3和1.2—1.7. ② 地形对地震动持时也有一定的放大效应, 但不同高度、 不同分量的放大效应没有显著差异, 其放大系数均约为1.3. ③ 阿里亚斯烈度和峰值加速度均能很好地表征地形对地震动的影响, 与地震动对斜坡稳定性的影响具有很强的相关性. 与峰值加速度相比, 阿里亚斯烈度综合了地震动的多方面特征, 可以更好地表征地形对地震动的影响, 与地震动作用下斜坡稳定性的相关性更强. 相似文献
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《世界地震工程》2014,(4)
随机数是人工合成基岩地震动输入的必备参数,对地表地震动参数有一定影响。以某实际化工工程场地剖面及其基岩加速度反应谱为基础,调整随机数,人工合成不同的基岩加速度时程,以此为输入,计算场地地表地震动参数,并对比不同随机数下地表加速度反应。对比结果表明,相同的场地和基岩反应谱输入,不同随机数对应得到的地表反应谱高频部分(0.2s)影响显著,而对地表反应谱周期部分(0.2s)影响不大,其中峰值加速度差别最为显著,输入地震动强度越大差别越大,大震输入下可达到60gal,有可能影响烈度判断结果。基岩人造地震动随机数主要影响峰值加速度和地表反应谱高频部分,基本不影响反应谱长周期部分。 相似文献
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通过超声地震模型试验,从能量角度研究地下地质结构(这里主要研究埋藏基岩断层及埋藏基岩面形态)对地震波传播的影响(以北京凹陷为例),同时还讨论了覆盖层对地震波传播的影响.研究表明,埋藏基岩断层的存在改变了地震波的频谱、持续时间及能量分布特征;埋藏基岩地形对地震波传播的影响表现为两方面:一是基岩面高低起伏造成接收从同一震源发射的地震波能量大小不一样:二是埋藏基岩面对地震波产生汇聚与发散作用.这两者共同作用的结果改变了地震能量分布特征.覆盖层对地震波具有吸收与放大双重作用.文中提出了用能量表征地震动强度的初步思想,并与用最大振幅表征地震动强度作了比较,结果表明前者比后者能更好地反映地下地质结构的影响. 相似文献
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基于甘肃文县获得的汶川地震强余震记录分析和FLAC3D软件模拟场地地震反应的方法研究了地形条件对地震动的影响.首先结合文县流动地震台强余震记录,分析了文县山包场地的地震动分布特征;其次对该山包进行了地形测量、地震勘探和土样采取,根据实测资料建立了FLAC3D三维场地数值模型,采用实际基岩记录输入,研究了山包不同部位地震动的分布特征.研究表明:数值计算与观测的结果在一定频段范围内有较好一致性;其时域峰值加速度放大比接近,反应谱谱比结果放大趋势一致,1 ～10Hz的地震动放大最明显;FLAC3D软件能够有效地模拟三维场地的地震反应. 相似文献
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当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。 相似文献
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目前研究地震动空间变化的主要方法是利用密集台阵（如SMART1台阵等）的强震观测记录进行统计分析，由于地震动观测资料的不足，因而缺少基岩及不同场地类别地震动相干函数模型. 本文利用数值方法了模拟理论地震图，进而研究采用震源位错模型的基岩随机地震动的空间变化规律，并考虑震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响. 其具体思路为:首先对应于每个样本，用有限差分数值模拟方法计算弹性半空间近场地震动场，而后对所有样本的计算结果进行统计，给出了一个走滑断层情形下的近场基岩表面及沿基岩竖直方向水平分量地震动的相干函数模型. 相似文献
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针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。 相似文献
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针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。 相似文献
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根据天津波地表加速度记录和相应实测场地钻孔资料,采用等效线性化方法模拟土体非线性,进行了深厚软土场地基岩地震动反演,研究了频率截断对深厚软土场地基岩地震动反演的影响,为天津波地表加速度记录提供了相应的基岩地震动输入。研究表明:不同截断频率情况下,反演得到的基岩地震动峰值和反应谱曲线形状均相差悬殊,但反演后再正演所得到的地面运动与原地表记录相比,加速度时程曲线形状和峰值大小、反应谱曲线形状和峰值大小均非常接近;可根据工程需要对地表加速度记录进行不同频率的截断,反演得到所需强度的基岩地震动。 相似文献
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削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。 相似文献
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研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。 相似文献