陡坡地形对地面地震动的影响

发布时间：2020-08-24 07:59

【摘要】：震害调查表明局部不规则地形是影响地震动响应的重要因素,其中,陡坡、断崖、山地与盆地在地震中造成的灾害已经引起了广泛关注。国内外采用数值模拟法针对局部地形的影响展开了大量研究,取得了丰硕的成果。本文选取陡坡与复杂地形,采用数值模拟方法对两种地形对地面地震动的影响展开了详细研究,研究内容如下:1.通过集中质量有限元法数值模拟SV波垂直入射下陡坡的地面地震动响应,利用现有研究成果检验数值模拟的可靠性。2.通过集中质量有限元法数值模拟分析陡坡的坡度、上层土介质厚度、入射角度在SV波入射下对地面地震动的影响。结果显示:1-3Hz为地震响应幅值频段,陡坡地形对陡坡上地面水平地震动有明显放大作用,坡顶点放大作用最明显,对陡坡下地面水平地震动有减弱作用,坡底角点减弱作用最明显。陡坡坡度越小,地面地震动的响应越弱;上层土介质越厚,陡坡上地面地震动放大作用增强,陡坡下角点屏障作用减弱,陡坡下远离角点地面的地震动屏障作用变为放大作用并且随着厚度变大放大作用随之增强;入射角度的增大,同样增强了陡坡上面地震动的放大作用和陡坡下面地震动的屏障作用,在高频段水平和垂直方向出现明显的震荡,垂直方向表现出一定的周期性。3.建立芦山区域三维真实地形数模模型,选取实际余震以及震源反演结果的参数作为模拟输入震源,分析低频段下台站附近复杂地形对地震动的放大效应。在此之前,本文将台站位置模拟记录与实际台站观测记录做对比,以验证数值模拟的可靠性。分析得出:3Hz频段下计算区域的PGV分布比较复杂,与地形变化分布有一定的相关性,山顶的PGV明显大于山脚的值,1Hz频段下计算区域的PGV分布比较简单,基本没有地形的影响,PGV分布的差异更多的是由震源参数影响造成的。分析在BXD台站附近的山体剖面的地面地震动影响,山体地面运动的放大作用在水平方向较为明显,山顶的放大倍数最大,约为6.0(EW)、4.0(NS)。UD方向在山脚下地面运动的放大作用较为明显,放大倍数约为6.0。
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P315.9
【图文】：

陡坡,二维模型

第二章二维数值模拟计算方法的介绍与检验.3 计算检验本文在二维数值模拟分析地形对地震动的影响的研究之前，对自身的数值对比 Scott A. Ashford 的结果做了检验（1997），采用相似模型与参数。如图陡坡模型，陡坡高度 H 为 30m，坡度为 90 度，左、下、右都为为人工边界，规则正方形单元，剪切波速为 300m/s，泊松比为 0.3，ScottA.Ashford 的研究小阻尼对地表的放大作用很小，因此，本文所有二维数值分析计算都取 1%阻下文中不再做阐述。输入垂直入射 SV 波，脉冲宽度为 0.1s，输入的脉冲时程傅氏谱如图 2-2 所示。

模型输入,脉冲,顶峰,观测点

模型输入的脉冲

模型输入,脉冲

坏的不可忽略的影响因素。在山体较多的区域，陡坡是最常见的地形之一，也是现今地震破坏的主要形式，如山体崩塌，滑坡等次生地震灾害。不同的陡坡坡度对地震动的影响是有明显差别的，地壳复杂的地质构造也会对地震动造成复杂的影响，在不同的土质构造中，地震波的波速、土质密度是不同的。另外，震源的位置决定了对某一地形地震波传到的角度，地震波传播的角度的不同，对地震动的影响也是不同的。本章采用二维数值计算模型，主要对地形坡度、不同介质厚度、入射角度这三方面分析对地震动的影响。采用谱比法（谱比大于 1 表示放大，谱比小于 1表示减弱，或者称之屏障）具体分析了陡坡对地面运动的响应，设置了不同的参数，对多个模型进行对比分析，来分析对地震动的影响。3.2 垂直陡坡地形对地面运动的影响本章数值模拟的模型都是采用的规则正方形单元划分网格，单元大小为 1m，左、下、右边界统一采用人工边界，数值模拟统一输入的 SV 脉冲波的宽度为 0.1s，输入脉冲以及傅氏谱如图 3-1 所示，取计算时间步长为 × §，在本章中这些参数设置都一致，在下文不再做阐述。

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