泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明：①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。     

软土覆盖层地震面波的地震动反应及台湾8级地震对上海高层建筑影响的估计

用2002年3月31日台湾Ms7．5地震时上海地区软土地表和基岩记录的加速度资料讨论了地表软土覆盖层面波的地震动反应，并用经验格林函数法合成了台湾未来8级大地震在上海基岩和土层处的面波加速度时程，初步估计了其对高层建筑的影响。其结果对上海的工程抗震设计有参考价值。     

基于有限断层动力学模型的逆断层—三维层状沉积盆地地震动模拟

近断层效应使得沉积盆地对地震动放大效应更为复杂。本文针对逆断层发震下三维层状沉积盆地地震反应，基于波动谱元法，采用有限断层动力学模型，模拟断层动力破裂、地壳层地震波传播和层状沉积盆地对地震波散射全过程。在此基础上，对比分析了层状和均质沉积盆地对近断层地震动放大效应的影响，讨论了不同断层倾角下层状沉积盆地地震动加速度特性。结果表明：层状沉积盆地PGA空间分布与均质沉积盆地存在较大差异，由于近断层效应和盆地效应，层状沉积盆地地表局部范围竖向PGA大于水平向PGA;90°断层倾角下层状沉积盆地地表地震动放大范围与60°断层倾角结果明显不同，主要集中在盆地中心区域和断层附近，且幅值远小于60°断层倾角下结果；沿断层走向，盆地内地表地震动加速度峰值对应时刻较盆地外延后。     

泉州盆地地震效应的二维非线性分析

基于ABAQUS显式有限元并行计算平台,采用大尺度二维精细化有限元非线性分析方法,研究泉州盆地地震效应特征.结果表明:(1)与基岩输入地震动相比,地表峰值加速度总体呈放大效应,且盆地不同位置的放大效应存在明显差异;(2)地表或基岩剧烈起伏及土层横向分布极不均匀处,地震动易产生局部聚集效应,相应地表地震动呈显著放大或缩小效应;地表加速度反应谱产生双峰甚至多峰现象.(3)在土层竖向、横向分布不均匀处,峰值加速度沿深度方向呈非单调递减,加速度反应谱沿深度存在较大差异.场地地震效应的二维非线性分析法能在一定程度上反映特殊场地条件对地震动效应的影响,该结果可为泉州盆地及类似盆地的场地设计地震动参数的确定提供参考依据.     

三维椭球形盆地对球面波的散射

针对三维沉积盆地对球面波的散射问题,发展一种快速宽频间接边界元方法(IBEM)。利用ANSYS建立求解模型,基于Intel-Fortran编译器编译相应的计算程序,对基岩半空间三维半椭球形盆地对球面波的散射进行了数值分析,着重探讨入射波频率、波源埋深、波源与不规则地形(沉积盆地)距离等参数对地震动特性的影响规律,计算方法适用于求解任意复杂形状的局部场地,实现对沉积盆地三维地震响应的频域精细求解。研究结果表明:随着入射波频率增大,沉积盆地相对半空间的放大效应越显著,且干涉效应越强烈;高频波入射时,由于盆地底部透射的体波和盆地内部由体波转换为的面波以及从盆地边缘处透射的体波相互叠加,次方向位移出现一定的边缘效应。位移频谱分析表明,沉积盆地在较低频率时,地表不同点位的主方向位移幅值基本相同;在较高频率域内,地表不同点位的位移频谱特性差别很大;球面波入射与平面波入射相比之下,位移幅值均有所降低。整体来看,随着膨胀波源与盆地水平距离增大,地表主方向最大位移幅值降低,地表次方向位移聚焦区域增加且分布更分散。     

圆弧状沉积盆地与软土单覆盖层出平面地表运动对比

采用解析方法，通过圆弧状沉积盆地与同样参数的软土均匀单覆盖层的对比，研究沉积盆地对平面SH波二维散射效应和其出平面地表运动。数值对比结果表明：（1）波垂直入射时盆地中央地表位移幅值反应，其随频率变化形式与软土单覆盖层的地表运动有较强的对应性，且此时单覆盖层地表位移幅值为其下降；（2）盆地的二维散射效应特点显著波的汇聚作用使盆地中的地表运动显著放大，总体上较软土单覆盖层的地表位移幅值要大，其频域内的最大反应则明显大于单覆盖层情况，但最大反应在盆地表面出现的位置依赖于入射波角度、盆地深宽比和盆地的软硬程度；（3）沉积盆地中地表位移运动有强烈扭转效应，且随盆地变软和入射波频率增高而增强。     

考虑桩土作用的储罐模拟地震振动台试验

为研究考虑桩土相互作用的储液罐的动力响应及长周期地震波对储液晃动、储罐提离的影响,根据量纲分析法设计了桩-土-储罐模型进行了振动台试验。试验中采用4条基岩波、4条地表波进行振动台试验。试验显示基岩波与地表波输入时,体系变化规律基本一致,其结果表明:土体地表加速度被放大,且输入加速度峰值增加,地表加速度放大倍数减小;一般地震波时,随着输入加速度峰值的增加,储液晃动波高大致呈线性增加。长周期地震波下则为非线性增加,且晃动波较大。此外,液体产生的晃动波高与储罐类型相关。细高型储罐产生的波高稍大;储罐提离高度随着输入加速度峰值的增加呈非线性增长。长周期地震波激励下,储罐提离高度小于一般地震波时的提离高度。细高型储罐在长短周期地震波激励下,提离高度较为接近,而一般储罐在两种地震波激励下,提离高度相差较大。细高型储罐提离高度大于一般储罐的提离高度。建议在储罐设计时考虑长周期地震波的影响。     

层状半空间中洞室对平面SH波的放大作用

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中洞室对入射平面SH波的放大作用问题,并以基岩上单一土层中洞室对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。本文模型的特点之一是考虑了层状场地的动力特性,因而更接近于实际工程;特点之二是计算精度非常高。研究表明,层状半空间中洞室对波的放大作用与均匀半空间中情况有着本质的差别;层状半空间中洞室附近地表动力响应由土层动力特性和洞室对波的散射二者共同决定。土层动力特性不仅影响洞室附近地表位移的幅值,还会影响地表位移的频谱。在土层的前几阶共振频率附近,随着基岩与土层剪切波速比的增大,土层的影响随之增大,而随着土层厚度的增加,土层的影响随之减小,并逐渐趋于均匀半空间情况。     

汶川地震中远场深覆盖土层动力反应分析

对上海佘山地震台在汶川地震中测得的基岩波地震记录进行频谱特性分析,然后以同济大学教学科研综合楼场地土层为研究对象,应用水平成层土层地震反应的一维有限元方法,分析该深覆盖场地在这一实测地震记录作用下的动力反应,并将其与同济大学强震监测台在汶川地震中获得的地表波记录进行对比。结果表明：汶川地震的远场地震动记录中,基岩波的长周期卓越性比地表波更为明显;而在土层剪应变为10-6~10-4的小变形阶段,《上海市地震动参数区划》中给出的各类土壤的阻尼比建议值明显偏小。最后,对阻尼比的修正进行了一些探讨。     

逆断层地震作用下三维沉积盆地地震动谱元法模拟

近断层地震动对近场区域会造成严重的地震灾害，尤其区域内存在沉积地形时会进一步加重灾害。目前，针对释放能量更大、破坏力更强的逆冲断层地震作用下沉积盆地的地震动响应研究还未见报道。本文即采用谱元法，研究了动力学逆断层地震作用下的三维沉积盆地的动力响应。文中以椭球形沉积盆地为例，对其逆断层地震动响应特性进行了分析，并探讨了改变内外介质波速比和沉积厚度时沉积盆地内部观测点地震动时程和峰值变化规律。研究表明:①沉积内外介质波速比对沉积盆地的地震动影响显著，当沉积内部介质波速比降低时，盆地内部地表的峰值响应增大，地震动持续时间明显延长，尤其是位于盆地中心加速度峰值放大2.08倍，持时延长1.97倍；②沉积盆地厚度同样对其地震动响应产生影响，当沉积厚度增加时盆地中心位置地震动响应减小，加速度峰值缩小约0.64倍，而盆地边缘区域的地震动响应明显增大，峰值放大约1.35倍。      

三维沉积盆地对地震动的放大效应间接边界元法模拟

基于一种高精度间接边界元法(IBEM)， 实现了沉积盆地三维地震响应的频域、 时域精细求解， 并以半空间中椭球形沉积盆地对平面P波和SV波的散射为例， 着重探讨了入射角度、 入射波型、 入射频率、 盆地长宽比和深宽比对沉积盆地地震动放大效应的影响规律． 结果表明: 盆地形状对地震波的放大效应和空间分布状态具有显著影响， 且具体规律受控于入射波频段． ① 随着盆地深度增大， 盆地边缘面波发育更为充分， 在较宽频段内均会出现显著的地震动放大效应， 且深盆地的放大区域集中于盆地中部． ② 圆形盆地对地震波的汇聚效应最为显著， 而狭长盆地对地震波的汇聚作用相对较弱， 高频情况下可在盆地内部形成多个聚焦区域． ③ 不同波型入射下， 盆地对地震动放大效应的机制有所差异: P波入射下， 竖向位移放大主要是由于盆地边缘面波由四周向中部汇聚所致； SV波入射下， 边缘面波汇聚效应相对较弱， 而当盆地较深时， 底部透射体波和边缘面波易形成同相干涉从而显著放大地震动． 按盆地内外介质波速比为1/2， P波和SV波垂直入射下频域最大放大倍数分别为25和15， 时域放大倍数约为4.0和3.7(雷克子波)． ④ 低频波入射下， 位移从盆地中部向边缘逐渐减小， 且浅层沉积盆地对地表位移幅值的放大作用不明显． ⑤ P波和SV波的入射角度对盆地地震动放大幅值及空间分布特征也具有显著影响．      

盆地构造地震地面运动速度和加速度分布特征的数值模拟

本文用错格实数傅里叶变换的拟谱法的数值模拟方法分析了地震波在冲积扇、盆地等不均匀地震构造体区域的传播过程和地面运动分布. 结果表明, 地震波由岩石区进入盆地结构后,在盆地内上下多次反射振荡,对地面建筑物可能形成多次连续的振动和破坏,仅有极少量地震波能量返回岩石区域中,这是防灾研究中值得注意的地面运动特征;地震波在盆地边界地质构造条件下,形成的地震波体波与次生面波动的叠加干涉形成了大振幅的地面运动,它可能导致建筑物的极大破坏;破坏峰值的空间位置可能远离岩石和盆地沉积层的边界或者地震断层的位置.     

SV波全反射作用下地震动的合成及振动特性

越来越多的研究表明来自基岩的地震波并不是垂直地面向上传播的。地震波在斜入射与垂直入射时所产生的场地效应有很大不同，由于存在全反射现象，SV波在斜入射时产生的场地效应更为复杂。文章基于均匀弹性半空间地震波传播理论，分别推导得到SV波入射角在小于、大于等于临界角时地震动的计算表达式，通过模型算例研究SV波全反射作用下的地震动特性。研究发现：由SV波产生的地震动主要由入射波和反射波构成，滑行波作用可以忽略；地面运动轨迹具有面波旋转振动特点；随着入射角的增大，地面震动从以水平方向振动为主逐渐过渡到以垂直方向振动为主，两个方向的振动均小于入射波峰值的2倍。     

PKPdif波-内核低速层存在的地震学证据

通过对中国数字地震仪台网(CDSN)11个台1993—2012年间30个极远震记录的分析,识别出了PKP波入射到内外核界面(ICB)上的衍射波PKPdif波。PKPdif波在震中距120°左右时出现在PKIKP波之前,在震中距150°以后出现在PKIKP波之后,是一个长周期波。为了解释PKPdif波超前于PKIKP波的原因,设想在距地面约5 156.1～5 372.2 km的深度,即内外核界面下有可能存在一个PKIKP波的低速层(厚度约216.1 km)。该设想符合Jeffreys速度模型,给出的PKPdif波在震中距119.4°～176.1°间的走时表填补了目前使用的《IASPEI1991地震波走时表》的空白。讨论PKPdif波的运动学特征有助于对内外核界面物理性质的认识,有助于提高分析震相的水平和积累震相分析经验。     

Earthquake site effect modeling in the Granada basin using a 3-D indirect boundary element method

In this work, we develop the indirect boundary element method (IBEM) to simulate the seismic site response in a realistic, large-scale 3-D sedimentary basin. Most previous applications of boundary element method have used full-space Green’s functions for wave propagation between element points. We use half-space Green’s functions, which include the seismic wavefield interactions at the free surface and require only the boundary elements of the basin interface. In this way, the size of the matrix equation for solution in the IBEM can be reduced to approximately a quarter of that using full-space Green’s functions. The site response modeling of the Granada basin in southern Spain using the IBEM shows that the basin-induced scattering waves were identified as propagating back and forth inside the basin. The scattered waves also generate surface waves that are weakly propagated outside of the basin. The wave propagation inside and outside of the basin shows different patterns. We observe that the scattered wave is locally amplified, and its propagation direction deviates from that of the incident waves propagation direction. Therefore, the computed seismic response in the basin could provide us with good estimates of the seismic motion.     

Characteristics of strong ground motion data recorded in the Gubbio sedimentary basin (Central Italy)

Various authors, analysing the set of accelerograms recorded at Gubbio Piana (GBP) (central Italy), have demonstrated that strong amplification occurs at this accelerometric station, which is installed within an alluvial basin. In particular, Ambraseys et al. [(2005a), Bull Earthq Eng 3:1–53; (2005b), Bull Earth Eng 3:55–73] observed that the strong motion peaks at GBP greatly exceed the median values predicted by the attenuation relationships they derived for Europe. In this work, we analyse and discuss some characteristics of the ground motion recorded at the GBP station. We show that the ground motion parameters, such as peak-ground acceleration and peak-ground velocity, are strongly influenced by the presence of locally induced surface waves that produce both a lengthening of the significant shaking duration and an increase in the peak values with respect to a nearby bedrock site. The basin-induced surface waves are observed in the three components of motion and their effects on the peak values are particularly evident in the vertical component. In the frequency domain, the energy of the surface waves is mostly restricted to the frequency band 0.4–0.8 Hz for both the horizontal and vertical components. The horizontal and vertical Fourier amplitudes are also very similar, and this indicates that the H/V spectral ratio technique is not applicable to describing the site response due to the propagation of seismic wave in a complex 2D/3D geological structure. Finally, a preliminary polarization analysis shows that the directions of polarization, as well as the degree of elliptical polarization, exhibit a strong variability with time, that may be related to a complex propagation of Love and Rayleigh waves within the basin.     

Bedrock structure in Adapazari, Turkey—a possible cause of severe damage by the 1999 Kociaeli earthquake

The 1999 Kocaeli earthquake brought serious damage to downtown of Adapazari. To study why strong motions were generated at the town, a bedrock structure was investigated on the basis of Bouguer gravity anomaly, and SPAC and H/V analyses of microseisms. It was revealed that, the basin consists of three narrow depressions of bedrock with very steep edges, extending in E–W or NE–SW directions along the North Anatolia faults, and the depth to bedrock reaches 1000 m or more. Downtown of Adapazari is located 1–2 km apart from the basin-edge. It is considered that, the specific configuration of bedrock amplifies ground motions at the downtown area by focusing of seismic waves and/or interference between incident S-waves and surface-waves secondarily generated at the basin-edge. Studying 3D bedrock structure is an urgent issue for microzoning an urban area in a sedimentary basin.     

Interaction of geometry and mechanical property of trapezoidal sedimentary basins with incident <Emphasis Type="Italic">SH</Emphasis> waves

This paper investigated the effects of basin geometry and material property on the response of 2D trapezoidal sediment-filled basin to incident plane SH waves. Ten basin configurations with different geometries were developed, and then their seismic responses to both Ricker wavelets and seismic records were simulated by using an explicit finite difference scheme. The definition of deep/shallow basin, the precondition for the observation of prominent surface waves and the influential area of edge effects of the shallow basin were discussed quantitatively in this study. The followings were concluded: in the common velocity contrast range (v _s1/v _s2 < 10), the fundamental frequency a basin with W/H > 3.0 can be estimated approximately by 1D theory. The complexity of peak ground acceleration distribution pattern, the width of the most affected section as well as the amplitude of ground motion in the Edge Region increase with incident frequency. Prominent surface waves can only be observed when the incident wavelength is shorter than the critical wavelength λ _c . The interaction between incident wave and basin dynamic property plays a dominant role on the peak ground acceleration amplitude while the interaction between incident wave and geometry plays a more significant role on the peak ground acceleration distribution. For very shallow basin, different areas along the basin width are affected to different extents. Only a limited area close to the basin edge is influenced significantly. It is more feasible to propose spectral aggravation factor for different surface zones respectively than a uniform constant as a tool to calibrate the 1D-based design spectrum so as to take the basin effects into account.     

徐州市埋藏基岩斜坡对地震动的影响

本文在分析了徐州地区地震地质背景的基础上,用经作者扩展的SAP 5程序,重点分析了地震小区划中提出的埋藏基岩斜坡地形对地震地面运动的影响问题。初步认识到:这种复杂地形可产生不可忽视的竖向运动;水平向运动分布依其与基岩山丘的距离而不同;地震反应谱形状呈有规律的变化;输入多方向震波的影响比输入单方向震波时的影响要大