基于谱元法的二维沉积谷地地震效应研究

作     者：田浩 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁海平;彭小波

授予年度：2022年

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

主      题：谱元法 透射边界 兰州盆地 河谷地 平面波入射 地震效应 

摘      要：大型复杂沉积谷地的地震效应对地表震害的影响较大,由于解析法一般适用于求解较为规则的地形,而针对复杂场地常采用数值模拟方法进行探究。本文首先建立了兰州盆地和河谷地两种类型的二维沉积谷地模型,在此基础上,基于二维谱元(SPECFEM2D)和多次透射边界(MTF)相结合的数值模拟方法,详细研究了不同地震波垂直入射时,兰州盆地和河谷地构造对地表地震波传播、地表峰值加速度(PGA)及其放大系数,以及频域放大特征等的影响,分析了地表地震动的放大特征与复杂场地不均匀构造之间的关系。论文主要内容安排如下:1.介绍二维兰州盆地和河谷地的建模方法,求解垂直输入时的自由场以及结合谱元法与多次透射边界在外源作用下平面波垂直输入沉积谷地的计算机数值模拟方法。2.研究了具有两端开口的大盆地内嵌封闭小盆地特征的二维兰州盆地,在9条地震波从模型底部垂直入射时,盆地地表地震动时-频域放大特征的影响规律。研究结果表明:当封闭小盆地的一阶自振频率和入射波的卓越频率接近时,会发生共振现象,地表地震动加速度放大系数的分布特征会显著变化。波速差别显著的两阶面波是由于两端开口大盆地边缘的地震波汇聚到更为松散的小盆地时分化形成的,且强度更大的面波主要表现在盆地倾角较陡一侧边缘区域。当外源输入时,兰州盆地内的小盆地边缘区域表现出最强烈的地震动,次强烈地震动放大区在大盆地较陡一侧的边缘上方区域,而在盆地基底倾角较缓的一侧附近基本无边缘效应。3.研究了具有不同构造分布的复杂土层且中间局部区域存在一凹陷的沉积土层特征的二维河谷地,在3条地震波从模型底部垂直入射时,河谷地地表地震动时-频域放大特征的影响规律。研究结果表明:河谷地两侧覆盖层,倾角改变处在不同地震波输入时,地表水平向的加速度时程地震波震相较竖直向较为清晰,63%的输入波面波强度最弱,10%次之,5%最强。河谷地中部凹陷土层区域表现出较大的地震动放大效应,在超越概率为63%的输入波下,水平向谱比值与竖直向差别显著,且水平向大于竖直向。同时,卓越频率为6.5Hz时,此时的加速度放大系数值为3.5。