SH波入射下圆弧凹陷与盆地瞬态响应解析解研究

来源 :中国地震局地球物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wk3838438
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局部地形对地震动的影响是地震学和工程学研究领域的重要问题,也是当今科学研究工作的热点话题。从1940年加利福尼亚州出色地记录人类历史上第一条强震动以来,相关工作陆续开展。根据实际观测和震害调查,本文选取的研究对象是圆弧形凹陷与圆弧形沉积盆地,选取破坏性较强的SH波为入射波。目前,地震波散射问题的解析解,一般在频域内给出,且适用的频带较窄,不能获取可靠的瞬态反应解析解。为解决此问题,本文推导了圆弧形凹陷对SH波散射问题的宽频带频域解析解。利用此宽频带频域解析解,获取了不同空间点地震反应的宽频带频响函数,基于Fourier变换,给出了SH波入射下圆弧形凹陷地形瞬态动力响应的解析解。以此为基础,研究了凹陷在脉冲输入与实际地震动输入下瞬态反应的基本特征,并重点分析了凹陷对地震动的放大效应,该效应定义为凹陷周围不同空间点地震反应参数,如其峰值和反应谱等,与自由场(即弹性半空间)地震反应参数之间的比值。其结果表明,在脉冲输入下,凹陷角点位移幅值显著放大,该放大效应与入射角度和脉冲持时有关;在实际地震动输入下,凹陷迎波面角点反应谱放大显著,谱比最大值可高达2.0,且放大效应与凹陷几何参数和入射角度等因素有关。此外,本文验证了基于四节点四边形等参单元,和粘弹性人工边界方法得到的数值解,检验了其精度。地震波散射问题的解析解是研究局部场地、地形、盆地等对地震动放大效应的重要理论工具。针对SH波入射圆弧盆地散射问题,现有解析解大部分在频域内给出,不能直接用于研究不规则地形对地震动峰值、反应谱等参数的放大效应。本文推导了SH波入射下圆弧形沉积盆地动力响应的宽频带稳态解析解,通过Fourier变换,获取了瞬态响应的解析解。以此为基础,研究了El Centro波入射下,沉积盆地对地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移、以及不同周期反应谱的放大效应。结果表明,盆地的宽度和深度、沉积介质的波速、入射波的角度等因素对盆地放大效应有显著影响,地震动反应谱谱比的最大值超过了2.0,而且宽度达到10km的较大型盆地对长周期地震动参数具有显著的放大效应,对于位于这类盆地内的超高层建筑、大型储液罐、大跨度桥梁等长周期结构,应充分考虑盆地对抗震设防参数的影响。最后,本文总结了整个研究,实现了提供一种研究圆弧形凹陷放大效应与盆地效应的方式,给出部分分析结果,为定量评估地震动以及运用反应谱法抗震设防提供一定的实际价值与依据的初衷。同时,对本文工作有待进一步进行的内容做了说明,展望了局部地形对地震动影响研究,包括SH波入射凹陷和盆地问题,未来可能的发展方向。
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