近场强地震动模拟中对破裂的方向性效应和上盘效应的表达

为了模拟近场强地震动,采用了基于有限断层模型的一种随机合成方法。震源破裂面被剖分成一定数量的子源,总的地震矩分成数量更多的子震的矩。一给定子源中一次子震引起的场地地震动的傅氏谱,通过考虑点源的谱、随着距离的衰减、能量耗散及近地表效应等导出。据此幅值谱和一个随机相位谱,并与一个时程包络函数结合,合成一个子震时程。将各子源中各个子震引起的所有时程叠加,得出场地的地震动时程。叠加中,各子震时程之间的时滞,据子震发震时差和子源至场地的距离差别引起的时差确定。对一个设定地震,选用4个断层面倾角,计算了近场21个地点的地震动。结果表明,本文方法可以很好地表达破裂的方向性效应和上盘效应。为了验证方法的可靠性,对1994年美国北岭地震中3个近断层台站MCN,LV3和PCD模拟的地震动与实际记录的加速度反应谱和时程作了比较。

近场强地震动数值模拟的简化计算方法

近场强地震动除受场地条件的影响外,还受到震源破裂面上子源的空间分布特点、子源破裂先后顺序的强烈控制,基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法可以综合考虑震源、传播途径及局部场地条件的影响,对计算过程进行合理简化,分2步完成地震动模拟:第1步,在介质均匀区采用矩张量的解析解计算所有子源在盖层底面的位移,形成下一步有限元计算的输入场;第2步,在盖层介质不均匀区,结合局部人工透射边界技术,采用时、空解耦的波动显式有限元方法计算地表强地震动。在有限断层模型中,采用具有9个力偶的等效地震矩张量表达断层产状、滑动方向等的影响,采用Brune模型定义各子源的滑动时间函数,描述滑动的时、空不均匀分布特征,从而细化震源模型。通过对Northridge地震中4个基岩台站地表地震动的模拟结果和强震记录,验证了此简化计算方法的可行性。

近场强地震动模拟现状分析

在分析开展近场强地震动模拟的必要性的基础上,综述了目前近场强地震动模拟过程中常用的模拟方法、随机有限断层法的震源模型、地震辐射能量以及断层分段性的研究进展,指出了现有震源破裂模型在考虑断层破裂分段性和各子断层间相互作用方面,以及地震动模拟方法在地震矩和能量守恒方面的处理方式上存在的不足,进一步明确了近场强地震动模拟的现状以及还有待深入探讨的几个关键问题,供后续研究者借鉴与参考,以获得更为逼真的用于结构抗震计算分析的人造地震动时程。

近场强地震动断层面不均匀位错预测模型

断层破裂面不均匀位错空间分布会强烈影响近场强地震动强度及频谱特性。为描述断层破裂面位错不均匀性,设断层子源划分与地震矩无关,采用分形法划分子源,避免子源相互重叠或覆盖;设应力降不为常数修正自相似模型,获得子源断层位错与整体断层位错关系,改进已有凹凸体模型。以美国北岭地震为例,预测断层破裂面位错不均匀性,对比震后反演情况,验证预测模型的有效性。

地铁交叉隧道近场强地震反应特性的三维精细化非线性有限元分析

基于ABAQUS软件研发的显式有限元并行计算集群平台,建立地铁双层交叉隧道结构的三维精细化有限元分析模型,研究了近场强地震动作用下地铁双层交叉隧道的三维非线性地震反应特性,并与浅埋/深埋单层隧道的地震反应特性进行了比较,结果表明:双层隧道的相互作用效应对上、下层隧道顶、底部之间的相对水平位移差具有放大作用;对上、下层隧道的地震应力反应有减小作用;双层隧道上、下层左侧的地震应力反应大于右侧的地震应力反应,隧道拱肩和拱腰处的应力反应明显大于其他部位,拱肩为隧道结构的最危险部位;双层隧道下层顶、底部的峰值加速度反应大于上层顶、底部的峰值加速度反应;双层隧道相互作用效应对上、下层隧道地震反应的影响与双层隧道的交叉形式和基岩输入的近场强地震动特性有关。

框架式地铁车站结构大地震近场地震反应特性的三维精细化非线性分析

基于ABAQUS软件的32CPU显式有限元并行计算集群平台,建立了深软地基土-框架式地铁地下车站结构体系三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了汶川大地震清平波、卧龙波和100 a超越概率3%的南京人工地震波作用下深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明:大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应,且在大地震近场强地震动作用下地下结构会产生单向累积的永久位移;清平波、卧龙波作用下地下车站结构的地震反应远大于100 a超越概率3%的南京人工地震波作用下的地震反应;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。

利用随机有限断层法计算海河断裂的地震动

通过构建横向均匀成层的地震断层模型,利用随机有限断层法,计算了海河断裂发生6.5级地震的地震动分布。计算结果克服了现行综合概率法计算结果不能体现近场效应的缺陷,并反映出断层上盘效应等特点,该结果可作为最大可信地震动应用于抗震设防变形验算,同时还可以作为评价综合概率法结果不确定性的一个参考,对海河断裂影响带的防灾减灾具有一定的借鉴价值。

随机有限断层法在汶川强地震动模拟中的应用

在总结了国内外地震动模拟技术基础上,研究了5.12汶川大地震加速度时程的特点和合成方法,采取网格划分的方式,利用随机有限断层方法逐点合成了各网格点处的加速度时程,并绘制了加速度等值线图,分析了此次强地震动的分布特点.研究结果对研究发震时断层附近地区建(构)筑物的破坏原因、程度等与地震动强度间的关系,进而提高结构的防灾减灾能力具有十分重要的意义.

苏州地区地铁地下车站结构的地震反应分析

以苏州地铁车站为研究背景,数值模拟了大地震近场强地震动作用下,深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明:大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。