岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (4): 1141-1155.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1217

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于间接边界元法的近断层沉积谷地地震动模拟

刘中宪1, 2，刘英1，孟思博1，黄磊1, 2   

  1. 1. 天津城建大学 土木工程学院，天津 300384；2. 天津城建大学 天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津 300384
  • 收稿日期:2020-08-16 修回日期:2020-11-09 出版日期:2021-04-12 发布日期:2021-04-26
  • 通讯作者: 孟思博，1990年生，博士，讲师，主要从事桥梁抗震方面的研究。E-mail: sibomeng@yeah.net E-mail: zhongxian1212@163.com
  • 作者简介:刘中宪，男，1982年生，博士，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:
    天津市重大科技专项（No. 19PTZWHZ00080）；天津市自然科学基金重点项目（No. 18JCZDJC39200）；天津市杰出青年基金项目(No. 19JCJQJC62900)。

Near-fault ground motion simulation of alluvial valley based on indirect boundary element method

LIU Zhong-xian1, 2, LIU Ying1, MENG Si-bo1, HUANG Lei1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Key Laboratory of Soft Soil Characteristics and Engineering Environment, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China
  • Received:2020-08-16 Revised:2020-11-09 Online:2021-04-12 Published:2021-04-26
  • Supported by:
    This work was supported by the Tianjin Major Special Science and Technology Project (19PTZWHZ00080), the Key Projects of Tianjin Natural Science Foundation (18JCZDJC39200) and the Tianjin Science Fund for Distinguished Young Scholars (19JCJQJC62900).

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摘要： 将间接边界元方法拓展到近断层复杂场地地震动模拟求解，通过建立有限断层二维运动学模型，量化分析了走滑型断层逐次破裂错动下近场沉积谷地地震动放大效应。首先，将断层上、下盘以及沉积谷地分为不同的计算域；其次，在频域内通过利用不同交界面的应力、位移边界条件来建立边界积分方程，离散求解得到虚拟荷载密度，进而得到频域内场地的地震反应，时域结果由傅里叶变换得到；然后，通过与解析解对比验证了该方法的准确性；最后，分析了近断层沉积谷地地震动放大规律；研究了断层上界埋深、断层倾角、沉积谷地断层距以及断层单元的破裂速度等参数变化对场地地震反应的影响。结果表明：沉积谷地对近断层地震动幅值具有明显的放大效应，所分析模型加速度反应谱峰值可放大4.64倍；在沉积谷地内部，地震动持时明显延长，同时会出现幅值更大的长周期速度大脉冲；近断层地震动震害具有典型的集中效应，断层距增大10 km，半空间地表位移衰减大于50%。为近断层复杂场地地震动模拟提供了一种新的有效方法，对近断层复杂场地地震区划和工程结构抗震设计具有重要意义。

关键词: 间接边界元法, 发震断层, 沉积谷地, 地震动, 场地效应

Abstract: In this paper, the indirect boundary element method is extended to simulate near-fault ground motion of complex sites. Seismic amplification effect of alluvial valley under the successive dislocation of a strike-slip fault is quantitatively analyzed by a two-dimensional finite-fault kinematic model. First, hanging wall, footwall of the fault and alluvial valley are divided into different calculation domains. Second, the boundary integral equation is established by using the stress and displacement boundary conditions of different interfaces in the frequency domain. The virtual load density is obtained by discretization, and the seismic response in the frequency domain is solved. The time domain results can be obtained by Fourier transform. Further, the accuracy of the proposed method is verified by comparing with the analytical results. Finally, the amplification characteristic of near-fault ground motion of the alluvial valley is investigated. The influence of the varying parameters, such as the buried depth of the fault upper boundary, the dip angle of the fault, the fault distance of alluvial valley, and the fracture velocity of fault element, on the seismic response of the model are studied. The results show that the alluvial valley has an obvious amplification effect on the amplitude of near-fault ground motion, and the peak value of acceleration response spectrum of the analyzed model can be magnified by 4.64 times. In the interior of alluvial valley, the duration of ground motion is prolonged obviously, and long-period velocity pulse with larger amplitude appears. The near-fault ground motion damage has a typical concentration-effect: when the increase of the fault distance is 10 km, the half-space surface displacement approximately attenuates 50%. This study can provide a new and effective method for simulating near-fault ground motion of complex sites, and it is of great significance for seismic zoning of the complex site with near fault and seismic design of engineering structure.

Key words: indirect boundary element method, seismogenic fault, alluvial valley, seismic ground motion, site effect

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  • 刘中宪，男，1982年生，博士，博士后，教授，主要从事地震工程、工程防护等方面的研究TU 435
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