断陷盆地及断层破碎带场地地震动效应

论文摘要

地震动场的确定一直是工程地震的主要研究内容之一,发震断层的震源效应和地震动衰减规律影响地震动场的确定,同时局部场地条件也是一个非常重要的影响因素,其包括局部土层、局部地形和局部构造,而局部断层构造对地震动场的影响研究国内外不同学者的认识还不统一“十五”期间在中国西南的重点监视防御区的鲜水河断裂带、安宁河断裂带周边布设了大量强震动观测台站,这些台站自正式投入运营后的两个月恰逢汶川地震发生,获取了此次地震主、余震的大量强震动记录,其中很多记录为研究非发震断层对场地地震动的影响提供了重要资料。本文以汶川地震中的非发震断层鲜水河断裂带、安宁河断裂带、渭河断裂带周边所获取的加速度记录为依据,研究了这些记录在峰值、频谱之间的差异,并通过这些地区的局部场地条件差异进行了初步解释,在此基础上通过数值模拟方法,利用基于显式有限元和局部透射人工边界的二维有限元模型对这几个地区的地面运动进行了模拟,数值试验结果表明：这些简单的理想化模型对这一地区地震动的本质特征进行了重现,并对产生地面运动差异的机理进行了合理解释。通过对西昌地区地震动记录差异性进行分析,揭示了由深部断层构造所控制的断陷盆地对地震动影响显著：宝鸡地区地震动记录差异性结果表明由断层控制的断陷盆地及断层陡坎地形对地震动影响显著；通过对石棉地区地震动记录差异性结果的分析,揭示了非发震断层近震源侧地震动强度更大、高频更丰富的特点,并指出了非发震断层的隔震效应。本文就断层参数对场地地震动影响方面进行了大量研究,得到了若干结论。通过数值模型计算揭示了以断层破碎带为表征的各种断层参数对场地地震动的影响。研究结果表明：断层低速度破碎带的存在产生了大量的转换波；介质波速差异较大时(3倍以上)断层破碎带中产生明显的断层陷波；断层低速度破碎带的存在使输入场地的能量向低速度带中集聚,且随着破碎带宽度增大,这种集聚效应增大；竖向断层破碎带能阻隔斜入射地震波,在入射波动所指向的一侧地面运动更小,且随着入射角度增加,这种阻隔效应更明显。针对宽度和介质波速对地震动影响研究表明,断层场地对地震动的放大效应与频率相关,模型放大效应对不同卓越频率的输入地震动具有选择性,宽度较窄和介质波速较高的断层破碎带对地震动中较高的频率成份放大显著,而宽度较宽和介质波速较低的断层破碎带对地震动中较低的频率成份放大显著。其原因是放大效应与场地卓越频率有关,破碎带宽度越宽或波速越低,其卓越频率越低。对隐伏断层场地的地面运动分析表明,隐伏断层的上覆岩体对垂直入射地震动的传播有阻隔作用,随着上覆岩体厚度的增加,阻隔效应越来越强。另外,断层破碎带对地表地震动的影响随着埋深的增加而变小,当埋深达到一定深度后断层破碎带对地表地震动的影响可以忽略。随着覆盖层厚度的增大,整个场地及破碎带地表投影区的地震动反应幅值和高频成份都逐渐减小,在自由地表影响范围也逐渐减小,且地震动强度沿深度衰减加快：覆盖层波速越低,场地自由地表地震动越强,而断层破碎带对地表地震动的影响越弱；倾滑隐伏断层场地地震动分析结果表明,总体上,断层破碎带上侧区域的地震动反应小于下侧,表明倾斜破碎带对垂直入射地震动具有一定的隔震效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 场地条件对地震烈度的影响
• 1.2.1 局部土层的影响
• 1.2.2 局部地形的影响
• 1.2.3 断层的影响
• 1.2.4 其他因素的影响
• 1.3 断层分类及其对震害的影响
• 1.3.1 断层分类
• 1.3.2 发震断层对震害的影响
• 1.3.3 非发震断层对震害的影响
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 基于地震记录的研究
• 1.4.2 基于断层模型的数值模拟研究
• 1.4.3 基于断层的试验研究
• 1.4.4 本文研究的意义
• 1.5 论文安排
• 第二章 强震数据分析与场地影响数值模拟方法
• 2.1 强震数据分析方法
• 2.1.1 振幅分析方法
• 2.1.2 频谱分析方法
• 2.2 场地反应二维分析方法
• 2.2.1 有限元动力方程建立
• 2.2.2 动力方程的时域解法
• 2.2.3 时域求解法计算框图
• 2.2.4 有限元网格尺寸及时间离散步长
• 2.3 场地计算的频域分析法
• 2.4 输入地震动确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 断陷盆地对场地地震动的影响
• 3.1 引言
• 3.2 台站区域地震地质
• 3.3 台站记录差异性分析
• 3.4 台站记录差异性原因宏观解释
• 3.5 二维有限元模拟分析
• 3.5.1 有限元模型
• 3.5.2 计算方法与输入
• 3.5.3 SV波入射下的反应
• 3.5.4 P波入射下的反应
• 3.5.5 小庙波入射下的反应
• 3.6 本章小结
• 第四章 断陷盆地中断层陡坎对地震动的影响
• 4.1 引言
• 4.2 台站区域地震地质及局部场地条件
• 4.2.1 渭河盆地概况
• 4.2.2 区域地震构造
• 4.2.3 台站区微地貌及局部场地条件
• 4.3 台站记录差异性分析
• 4.4 二维有限元模型概述
• 4.4.1 有限元模型
• 4.4.2 计算方法与输入
• 4.5 SV波入射下的反应
• 4.5.1 模型计算结果分析
• 4.5.2 模拟结果与实际记录对照
• 4.6 P波入射下的反应
• 4.6.1 模型计算结果分析
• 4.6.2 模型结果与实际记录对照
• 4.7 本章小结
• 第五章 非发震断层的隔震效应
• 5.1 引言
• 5.2 研究区地震地质构造特征
• 5.3 获取记录台站场地条件
• 5.4 远场大震记录差异性分析
• 5.5 远场小震记录差异性分析
• 5.6 近场小震记录差异性分析
• 5.7 综合分析与讨论
• 5.8 断层隔震效应数值试验
• 5.9 本章小结
• 第六章 断层参数对场地地震动的影响
• 6.1 引言
• 6.2 断层破碎带宽度变化
• 6.2.1 宽度均匀变化
• 6.2.2 宽度不均匀变化
• 6.3 断层破碎带介质波速变化
• 6.3.1 SV波入射下的结果分析
• 6.3.2 P波入射下的结果分析
• 6.4 入射角变化
• 6.4.1 SV波入射下的反应
• 6.4.2 P波入射下反应
• 6.5 本章小结
• 第七章 隐伏断层场地对地震动的影响
• 7.1 引言
• 7.2 基岩隐伏垂直断层
• 7.3 隐伏垂直断层
• 7.3.1 浅层地震动分布特征
• 7.3.2 不同厚度覆盖层模型地表地震动分布特征
• 7.3.3 不同波速覆盖层模型地表地震动分布特征
• 7.4 隐伏倾斜断层
• 7.4.1 浅层地震动分布特征
• 7.4.2 不同厚度覆盖层模型地表地震动分布特征
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 以后工作展望
• 参考文献
• 附录A:台站未校正加速度、傅立叶幅值谱及反应谱
• 附录B:台站场地钻孔综合柱状图及波速测试表
• 附录C:数值模拟模型观测点波列图及峰值分布
• 作者简介
• 攻读博士期间主要参与的课题
• 攻读博士期间发表的文章
• 致谢