基于强震观测记录的场地地震动数值模拟方法对比研究

摘要

复杂土层场地地震反应分析中，场地地形、土体非线性特征以及地震动输入等因素对地震动影响显著。由于强震观测台站无法覆盖所有区域，预测某一区域的地震动特征通常采用数值模拟方法。现有的场地反应分析模型主要包括了一维等效线性化、二维线性以及三维线性。三维线性因场地建模困难、地下地质资料难于获取而在工程中应用较少;一维等效线性化因计算快、土体动力参数容易获取而被广泛应用，由于只适用于水平成层模型，无法考虑地形效应;高维线性虽能考虑地形起伏变化，但处理土体非线性特征存在较大差异。本文在提出一种综合考虑场地地形地质和土体非线性特征的二维时域P-SV等效线性化法的基础上，进行了以下研究工作:
　　1.借鉴等效线性化法考虑土体非线性特征，将其推广至二维时域P-SV问题中，提出能考虑场地地形变化和土体非线性特征的二维时域P-SV等效线性化分析模型，通过数值算例验证了该法的有效性和合理性。
　　2.采用美国Turkey Flat和日本小田原Ashigara Valley试验场地以及强震观测记录，通过选取露表基岩记录和地下基岩记录作为模型基底地震动输入，进行场地地震反应分析，研究了不同基岩地震动选取对地震动的影响以及各类分析模型的差异。
　　3.美国Turkey Flat场地选取地下基岩记录作为地震动输入，日本Ashigara Valley场地选取露表基岩记录反演得到地震动输入，进行场地地震反应分析，研究了场地地形、非线性特征对地震动的影响。
　　4.采用新西兰下哈特盆地结构和强震观测记录，进行了场地反应预测，研究了小震工况下盆地结构对地震动的影响;进一步研究了下哈特盆地结构的场地非线性特征对地表地震动的影响以及盆地边缘效应。
　　5.对本文研究工作进行了总结，在此基础上对未来工作提出了展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 波动数值模拟方法综述

1．2．1 有限元法

1．2．2 有限差分法

1．2．3 混合法

1．3 土体非线性特征分析方法综述

1．3．1 等效线性化法

1．3．2 时域非线性逐步积分法

1．4 场地地形地质对地震动影响研究综述

1．5 基岩地震动输入选取综述

1．6 选题意义与研究内容

1．6．1 选题意义

1．6．2 研究内容

第二章 二维P-SV土层场地地震反应分析

2．1 引言

2．2 连续介质波动基本方程

2．2．1 平衡方程

2．2．2 几何方程

2．2．3 物理方程

2．2．4 边界条件

2．3 二维黏弹性介质的虚位移原理

2．4 黏弹性介质有限元离散

2．5 单次反应的时域显式计算过程

2．5．1 内域计算

2．5．2 人工边界

2．6 二维非线性特征的两类显式分析

2．6．1 修正分析方法

2．6．2 二维时域等效线性化方法

2．7 本章小结

第三章 不同基岩地震动输入对地表地震动的影响

3．1 引言

3．2 场地模型参数及强震观测数据

3．2．1 美国Turkey Flat

3．2．2 日本小田原Ashigara Valley

3．3 地震动输入确定

3．4 基岩地震动分析

3．5 土层场地地震反应分析

3．5．1 一维水平成层模型对比

3．5．2 二维线性模型对比

3．5．3 考虑非线性特征的二维模型对比

3．5．4 二维时域等效线性化模型对比

3．6 本章小结

第四章 场地地形和土体非线性特征对地表地震动的影响

4．1 引言

4．2 地震动输入确定

4．3 场地地形对地表地震动的影响

4．3．1 美国Turkey Flat

4．3．2 Et本小田原Ashigara Valley

4．4 非线性特征对地震动的影响

4．4．1 美国Turkey Flat场地

4．4．2 日本小田原Ashigara Valley

4．5 本章小结

第五章 新西兰惠灵顿下哈特盆地地震反应分析

5．1 引言

5．2 下哈特场地参数

5．3 下哈特盆地二维线性地震反应分析

5．3．1 地震动输入

5．3．2 结果与分析

5．4 考虑二维非线性特征的下哈特场地地震反应分析

5．4．1 地震动输入

5．4．2 结果与分析

5．5 下哈特盆地边缘效应

5．5．1 下哈特盆地模型参数

5．5．2 计算结果与分析

5．6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

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