考虑软弱土层和子盆地影响的二维盆地非线性地震反应研究

作     者：白克生 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：温卫平

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：盆地效应 二维沉积盆地 软弱土层 子盆地 非一致输入 

摘      要：沉积盆地对地震动具有明显的放大作用,我国许多城市如北京、成都和西安等均位于沉积盆地或盆地边缘场地上,因此研究地震作用下的盆地效应对于这些城市的城市规划、防震减灾等具有重要意义。真实盆地地质条件复杂,常含有软弱土层、子盆地等地质构造,本文以含有软弱土层和子盆地的沉积盆地为研究对象,采用数值模拟方法建立了二维沉积盆地的有限元模型,对模型在地震作用下的放大效应进行了研究。主要研究内容和结论如下:（1）分析了土体非线性对盆地地震反应的影响。考虑非线性增强了土体的滞回耗能,因此得到的地震反应比线弹性的小,并且随着输入地震动强度增加,两者的差距变大。（2）研究了盆地软弱土层的厚度和埋深对盆地放大效应的影响。随着软弱土层厚度增加,次生面波传播速度降低,持续时间增加;总体上软弱表层土增强了盆地的放大作用,当软弱表层土厚度为12m时,盆地边缘PGA出现最大值。随着软弱夹层厚度增加,盆地边缘和中央区域的PGA先增大后减小,当软弱夹层厚度为10m时,中央区域PGA出现最大值,对于边缘区域这一厚度为8m;随着软弱夹层埋深增加,盆地边缘和中央区域的PGA大体上一直减小,沉积盆地中软弱夹层的存在对盆地中较大的地震响应具有削弱作用,对较小的地震响应具有放大作用。沉积盆地边缘区域对高频成分比较敏感。（3）分析了子盆地的尺寸、位置、介质波速以及盆地倾角对盆地地震反应的影响。子盆地具有明显的聚焦效应,随着子盆地尺寸增加,子盆地内波动的幅度变大,波动持续时间延长;子盆地位置越靠近盆地中心其内的PGA幅值越大,并在到达盆地中央时达到最大。子盆地介质波速与周围土体波速相差越大,子盆地的聚焦效应越明显;随着盆地倾角增大,子盆地波场波动的幅度有所减小,沉积盆地中央区域PGA幅值也随之减小。（4）对比分析了二维沉积盆地在非一致输入和一致输入下的地震反应。总体上非一致输入和一致输入加速度时程波形十分接近,没有明显的差异,只在峰值处有略微不同;在傅里叶幅值谱方面,在基频处两者的幅值有较大差别,高频成分对应的幅值十分接近。