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三维台阶地形效应的研究

作　者: 丁志华
导　师: 周红
学　校: 中国地震局地球物理研究所
专　业: 固体地球物理
关键词: 谱元法山体边缘地形三维台阶地形地形效应点源
分类号: P315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地表地形对地震动的影响研究是地震学和地震工程学的重要课题,是保障人类社会稳定发展,减少地震灾害的迫切要求.大量的观测资料以及研究表明,地表地形对与地震动有重要影响,地表凸起和小山包顶部的震害更加严重,地震工程学已经定性的认识到孤突地形会产生更加严重的震害,随着我国经济建设快速发展,日益的工业化和都市化,人口越来越密集、一些大型工程项目等,不可能都建在平原上,部分区段将不可避免地建造在山地和斜坡,如何知道各种不同地形对于震害的影响,成为迫切研究的问题。利用理论方法模拟地震的强地面运动,分析山体边缘地区的地震危害性,是降低地震灾害的有效手段之一,为地震减灾提供可靠的理论依据.合理有效的研究这些地表地形对于地震动的影响,洞察这些地形地表地震动发生发展规律,可以直接用于强地震动基本参数的标定和地震动的工程预测,为工程结构和生命线系统抗震设计、地震危险性研究提供数值理论依据。对于地表地形对地震动的影响,最直接的手段就是实际地震数据观测结果,在宏观调查中发现,特殊地形区域(山脊,河谷,陡坎,悬崖等)处的建筑物的烈度异常,通过地形观测台阵系统研究地震动的影响,获得了大量的观测数据,更进一步确定了地表局部地形对于地震动的影响(王伟,2011),但是由于实际地形的的特殊性,以及地球内部介质的复杂性,很难将这种影响简单的归为是单一的地形造成的影响,因此这就需要寻求一种理论的方法,来单独的将地形提取出来进行对比,来了解地形具体对于地表地震动造成了哪些影响,这就是数值模拟方法.数值模拟方法主要包括有限差分法,有限元法,伪谱法以及谱元法.通过分析各种方法的优缺点,本文选择了谱元法进行模拟.本文将山体边缘地形简化为台阶地形进行研究,由于实际地形中标准的台阶地形又是十分少见的,更多的是台阶存在各种凹凸,因而研究三维台阶地形对地表地震动的影响,更为重要.本文运用谱元法,模拟了不同类型三维台阶地形对点源地震动的影响.主要模拟了水平地形以及几种不同情形的三维台阶地形情况.发现在中小震中,大型山系边缘的三维台阶地形对于地表地震波具有一定的影响.台阶斜坡与上平层交线和斜坡与下平层的交线的影响作用各不相同.本文通过地表接收到的地震动描述了各种不同地形的波形快照特点,并且通过绘制的台阶斜坡与上水平地层交线及斜坡与下水平底层交线的测线图,发现波形相对于水平地形有明显的后续波.同时发现,台阶地形上下测线相对于水平地形具有放大作用.下测线波形放大倍数基本在1.1-1.5,上测线放大倍数在0.9-1之间.通过描述山体边缘台阶结构在点源地震中产生的影响,并且定量的计算了三维台阶不同角度各个位置相对水平地形的放大倍数,为以后工程研究提供一个依据.为了多方面的研究三维台阶地形效应,选择了不同震源位置和不同频率进行研究,主要考虑了震源处于尖凸台阶地形顶点的正下方,尖凹台阶地形顶点正下方的情况,发现震源位置不同时,地表接受的波形快照基本一致,同时研究了频率为0.5,1,1.5HZ三种情况下三维台阶地形的地震动效应,发现当随着频率减小,三维台阶地形的影响范围增大.

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 三维台阶地形地震动的研究意义及现状  11-12
  1.2 地震动数值模拟方法介绍  12-15
    1.2.1 有限差分法  12-13
    1.2.2 有限元法  13-14
    1.2.3 伪谱法  14
    1.2.4 谱元法  14-15
  1.3 本文模拟三维台阶地形的创新点  15-16
  1.4 研究思路与内容安排  16-19
第二章三维台阶地形的地震动模拟方法  19-23
  2.1 谱方法介绍  19
  2.2 Legendre谱元方法理论  19-20
  2.3 Legendre谱元方法实施步骤  20-23
第三章三维台阶地形模型及参数介绍  23-25
  3.1 模拟选择的参数介绍  23
  3.2 三维台阶地形尺寸及模型  23-25
第四章三维台阶地形地表地震动模拟  25-61
  4.1 台阶地形各模型模拟结果与水平地形模拟结果对比  25-42
    4.1.1 速度快照图对比  25-36
    4.1.2 速度峰值图对比  36-37
    4.1.3 测线波形对比  37-42
  4.2 震源位置在三维台阶地形中的影响  42-48
    4.2.1 不同震源位置的速度波形快照  42-48
    4.2.2 不同震源位置的速度峰值图  48
  4.3 频率对结果的影响  48-61
    4.3.1 三种模型不同频率的速度快照  49-58
    4.3.2 三种模型不同频率的速度峰值图  58-61
第五章结论及展望  61-63
参考文献  63-69
致谢  69

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