局部地形效应对地震动参数的影响研究

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近年来,我国地震频发,尤其是2008年发生的汶川地震,造成了巨大的人员伤亡和经济损失。这次地震灾害主要发生在四川山区,由于局部地形对地震动的放大效应加重了地震的灾害,产生了严重的泥石流、滑坡、坍塌等次生灾害。被地形效应放大后的地震动加速度往往是导致结构破坏、斜坡失稳的主要原因。然而,我国现行的地震动参数区划图给定的抗震设防参数,未考虑山地、盆地、河谷地形等因素的影响。利用实际强震动记录研究局部地形效应对地震动参数的影响能够直接反映强地震动场的分布,并有效的研究地形效应对地震动的放大特性。但实际的强地震动记录的数量有限,利用数值模拟研究场地地形效应也是一种广泛使用的方法。本文利用不同地形条件的强地震动记录和基于遥感数据的地震动场的数值模拟,研究了局部地形效应对地震动参数的影响,主要完成以下工作:  (1)分析了国内外局部地形加重地震灾害的典型震例。  (2)综述了场地地形效应研究的方法及现状。  (3)回顾了地震反应分析方法的发展历程,重点介绍了动力时程分析方法。  (4)通过分析盆地和山体台站记录的地震数据,得到不同地形对地震动参数的影响:对于峰值加速度,山体台站和盆地台站记录的同一次地震的峰值加速度,山体台站峰值加速度值大于盆地内台站记录的数据,说明山体对地震动有放大作用;对于频谱特性,分析五个台站同时记录到的四次地震水平向和竖直向的傅氏谱图表明,位于窦圌山山体的两个台站,频率范围在2-4Hz放大效应明显;对比山体台站和盆地台站的地震动参数持时结果,发现盆地内部三分量持时都大于山体台站的持时。这是由于在盆地内部地震波受地形的影响发生折射、散射,使得地震波传播时间增长,因而持时增大。  (5)利用地球科学数据共享中心提供的DEM数据,进行数据处理和转换,使用APDL语言编程,在ANSYS软件环境里进行自动建模,建立真实的三维地形模型,方法高效,为基于真实地形的数值模拟的研究者提供有效方法。  (6)建立四川青川县东山-狮子梁真实三维有限元模型,输入地震波,分析山谷地形不同监测点的地震动参数。  (7)针对本文模型进行数值模拟结果表明,山谷地形对高频段的地震波存在滤波作用;同时对地震波低频段的能量起到放大作用。地形效应对地震动的幅值影响很大,随高程增加幅值不断增大。  山谷地形的顶部加速度峰值大于底部峰值,地形的放大效应在顶部比底部明显。同时,存在地震波的行波效应,表现为山谷顶部相对于山谷底部的滞后性。  山谷地形跨度大小对的场地地形效应的数值模拟结果表明,当跨度减小时,峰值加速度放大作用趋于明显。即由地表引起的地形效应,随着跨度的增大,地形效应趋于平缓。
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