岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (10): 4101-4110.doi: 10.16285/j.rsm.2018.1964

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基于快速多极子间接边界元法的城市区域 沉积盆地三维地震响应宽频模拟

刘中宪1,张征1,王少杰1, 2,梁建文3,王海良1   

  1. 1. 天津城建大学 天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室,天津 300384; 2. 河北建研科技有限公司,河北 石家庄 050021;3. 天津大学 土木工程系,天津 300072
  • 收稿日期:2018-10-25 出版日期:2019-10-11 发布日期:2019-10-20
  • 作者简介:刘中宪,男,1982年生,博士后,教授,主要从事地震工程、工程防护等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51678390);天津市自然基金重点项目(No.18JCZDJC39200);天津市科技支撑计划重点项目(No.17YFZCSF01140)。

3D seismic response broadband-simulation of the alluvial basin in urban region based on the FMM-IBEM

LIU Zhong-xian1, ZHANG Zheng1, WANG Shao-jie1, 2, LIANG Jian-wen3, WANG Hai-liang1   

  1. 1. Tianjin Key Laboratory of Civil Structure Protection and Reinforcement, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China; 2. Hebei Building Research Technical Co., Ltd., Shijiazhuang, Hebei 050021, China; 3. Department of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
  • Received:2018-10-25 Online:2019-10-11 Published:2019-10-20
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51678390), the Key Program for Natural Foundation of Tianjin (18JCZDJC39200) and the Key Projects of Science and Technology Pillar Program of Tianjin (17YFZCSF01140).

摘要: 针对城市区域沉积盆地三维地震动模拟问题,发挥边界元法处理无限域波动问题的独特优势和快速多极算法(FMM)处理大规模问题的特性,形成适用于宽频、高自由度模型的快速多极子间接边界元法(FMM-IBEM)。通过精度对比和效率验证发现,FMM-IBEM可精确高效地实现三维复杂场地地震动宽频模拟,同时大幅度降低存储量和计算量。采用该方法对某含起伏基岩面的三维复杂形状沉积盆地进行频域和时域分析,结果表明:入射频率、盆地形状和盆地内部的位置点对沉积盆地地表位移放大作用均有不同程度的影响;总体上低频域的放大作用高于高频域;频谱曲线呈现多个共振频段;沉积盆地中部和边缘处地表位移放大效应差别显著。重要工程选址宜避开沉积盆地中地震能量积聚区域。

关键词: 三维沉积盆地地震响应, FMM-IBEM, 地震波

Abstract: Aiming at the three-dimensional ground motion simulation of alluvial basins in urban areas, the unique advantages of boundary element method (BEM) in dealing with wave motion in infinite domain and the high efficiency and large capacity of fast multipole algorithm (FMM) are brought into play. A simulation method suitable for broadband multi-degree-of-freedom model, fast multipole indirect boundary element method (FMM-IBEM) is developed. Through precision comparison and efficiency verification, it is found that FMM-IBEM can accurately and efficiently realize broadband simulation of ground motions in three-dimensional complex sites, and greatly reduce the storage and calculation. Then, the method is used to analyze a three-dimensional alluvial basin with complex shape and undulating bedrock surface in frequency domain and time domain. The results show that: incidence frequency, basin shape and location of the basin have different effects on the magnification of surface displacement of alluvial basins, and generally, the amplification effect in low frequency domain is higher than that in high frequency domain. Spectrum curves show multiple resonance bands, and the magnification effect of surface displacement in the middle and margin of alluvial basin is significantly different. Site selection of important projects should avoid seismic energy accumulation areas in alluvial basins.

Key words: 3D alluvial basin seismic response, FMM-IBEM, seismic wave

中图分类号: 

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[1] 雷文杰, 李金雨, 云美厚, . 采动微地震波传播与衰减特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1491-1497.
[2] 余 翔,孔宪京,邹德高,周晨光, . 覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法[J]. , 2018, 39(5): 1858-1866.
[3] 崔 臻,盛 谦,冷先伦,罗庆姿,. 连续屈服节理模型对剪切地震波传播的影响[J]. , 2018, 39(4): 1203-1210.
[4] 刘中宪,齐 欣,王 冬,柴寿喜,姚 殊,. 沉积河谷-建筑群地震动力相互作用的二维IBEM模拟[J]. , 2018, 39(10): 3803-3811.
[5] 王 瑞,胡志平,夏香波,苑韦虹,陈 悦,. 西安地裂缝界面处地震波传播规律[J]. , 2016, 37(S2): 642-648.
[6] 刘成禹,刘汗青,黄 振. 基于实测地震波波速的围岩各向异性分析—— 以赣龙铁路汀州隧道为例[J]. , 2016, 37(5): 1451-1457.
[7] 廖 涛 ,蒲传金 ,杨 鑫 ,管少华 ,郭王林 , . 桩井爆破振动在邻近边坡产生的特殊效应[J]. , 2015, 36(S2): 623-628.
[8] 高 峰 ,孙常新 ,谭绪凯 ,朱 艺 ,李 虎,. 不同埋深隧道的地震响应振动台试验研究[J]. , 2015, 36(9): 2517-2522.
[9] 童立元 ,刘松玉 ,郑灿政 ,杨溢军 ,王道纲,. 多功能孔压静力触探在基坑工程降水设计中的应用分析[J]. , 2015, 36(11): 3210-3216.
[10] 杨 博 ,张 锐 ,查旭东 ,吕松涛 , . 一种路基动模量测试方法[J]. , 2014, 35(5): 1514-1519.
[11] 刘 扬 ,王明洋 ,李 杰 ,王德荣 ,张 宁,. 爆炸地震波作用下盾构隧道动力响应分析[J]. , 2014, 35(4): 1056-1062.
[12] 戚玉亮 ,大塚久哲,. ABAQUS动力无限元人工边界研究[J]. , 2014, 35(10): 3007-3012.
[13] 李兴华 ,龙 源 ,纪 冲 ,周 翔 ,何洋扬 ,路 亮 . 爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析[J]. , 2013, 34(8): 2218-2224.
[14] 孔宪京 ,周 扬 ,邹德高 ,徐 斌 . 汶川地震紫坪铺面板堆石坝地震波输入研究[J]. , 2012, 33(7): 2110-2116.
[15] 刘汉香 ,许 强 ,范宣梅 ,徐鸿彪 . 地震动强度对斜坡加速度动力响应规律的影响[J]. , 2012, 33(5): 1357-1365.
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