地震波场的地形效应数值模拟研究

发布时间：2020-08-18 19:43

【摘要】：在地震工程中,经常观测到地震波受地表起伏的影响而产生地形效应,如山脊上的地震强度高于周围较低地形。体波的地形效应研究已经取得了一定成果,而在瑞利面波占优的远场区域,地形效应的成因、影响因素及影响规律还有待进一步研究。本文基于数值模拟方法,研究了不同尺度地形的地震动响应,研究内容如下:(1)对瑞利面波远场占优区,建立跨度分别为0.5λ、1λ、2λ、3.33λ的隆起与凹陷地形,对于每一个跨度,地形的隆起高度与凹陷深度分别设计了0.1λ、0.2λ、0.5λ、1λ、1.67λ五个不同的尺度,研究瑞利面波远场区地形尺度的变化对地震动传播、地震动响应特征、地形效应特征以及频率域响应特征的影响。(2)对SH体波垂直入射的地震动近场区,建立坡高为1λ,对应倾角θ分别为15°、30°、45°、60°、75°与倾角θ为45°,对应坡高分别为0.2λ、0.5λ、1λ、1.67λ两组单面坡模型,研究SH波垂直入射条件下,倾角与坡高对地震动传播、地震动响应特征以及地形效应特征的影响。在瑞利面波占优的远场区,瑞利面波的地形效应主要得出以下三个结论:(1)起伏地形(隆起地形与凹陷地形)的转折点或面的散射或反射,产生反方向传播的反射瑞利面波(RR)波和向空间扩散传播的转换RS体波,导致通过地形的瑞利面波能量极大的减弱,地形总体表现出强的隔震效应。地形起伏与地震动的波长比越大,隔震效应越强。凹陷地形表现出远比隆起地形更大的隔震效应。(2)起伏地形转折引起的地表张角变化,导致地震动能量分布密度改变,是地形出现局部放大或减弱特征的主要因素。地表张角小于180°,地震动放大,张角越小放大作用越明显。地表张角大于180°,地震动减弱,张角越大减弱作用越强。当地形对地震动产生放大作用时,地震动水平分量比垂直分量放大效果更明显,而当地形产生减弱作用时,相对于水平分量,垂直分量更容易被减弱。(3)当地形起伏高度小于半个波长时,地形较缓,对瑞利面波频率响应无太大影响。随着地形变陡,起伏高度大于半个波长,频率域响应产生渐强的周期震荡。特别当地形尺寸为波长的整数倍时,周期响应十分明显,陡峭地形对高频的阻碍作用要强于低频,在波型复杂区域频率域响应规律也变得十分复杂。在地震动的近场区,SH体波的地形效应研究主要得出以下两个结论:(1)单面坡地形上侧坡顶前缘约半个波长范围内其位移反应峰值明显大于后缘测点和单面坡下侧测点的位移峰值,而上侧随着与坡顶距离的增大,位移反应峰值明显衰减,衰减速度与倾角成正比,直至与水平自由表面反应相当。(2)单面坡坡高变化只要不引起地表张角的改变,则坡高对局部地震动的影响就很弱。地震动放大或减弱主要还是受地表张角控制,地表张角小于180°,地震动放大,张角越小放大作用越明显,地表张角大于180°,地震动减弱,张角越大减弱作用越强。斜坡高度越高会让地形拐点周围受影响的区域增大。本论文的研究成果,深化了对起伏地形条件下瑞利面波传播特征的认识,强化了对瑞利面波远场区地震动响应及频率域响应特征的认知,对于完善学科理论,促进学科发展,具有极大的帮助。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU435

【参考文献】