分层圆弧场地地下空间变异性地震动生成理论与程序开发

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1、分层圆弧场地地下空间变异性地震动生成理论与程序开发TheoryStudyontheGenerationofSpatiallyVariableSeismicUndergroundMotionsinMulti-layerCircular-arcCanyonsandProgramDevelopment工程领域：水利工程作者姓名：马杰指导教师：柳国环副教授企业导师：窦子龙高工天津大学建筑工程学院二〇一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不

2、包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名

3、：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要我国地形多种多样，其中山地、高原和丘陵约占我国陆地总面积的2/3，大部分地区位于山地-丘陵地带。尤其是我国的西南区域，地形更为复杂多样。大量地震记录表明，局部地形因素对结构的地震响应具有较大影响，特别是需要考虑地震动空间变化效应的长跨结构，如大跨桥梁、地下管道等。众多学者对地形因素对结构的地震动态响应的影响进行了研究，然而目前大多数研究都假定场地为单一介质，但实际工程中的场地往往呈现为非均匀介质的层状特性。相对于单一介质场地，地震波在层状介质的交界面上会发生折射与反射，这就导致了

4、层状介质场地在地震激励下会产生与单一介质场地完全不同的动态响应，尤其在峡谷场地，凹陷地形对地震波具有扩散作用，从而使得近地波场中的散乱散射波成分大大增加。因此，对层状场地在地震激励下的动态响应进行研究具有迫切的理论和现实意义。本文以层状非均匀介质圆弧形峡谷为研究对象对结构地下多点地震动进行了一系列研究，主要研究内容如下：（1）克服了传统“均匀介质”和“分层不穿越峡谷”前提的局限性，推导得到了双层圆弧形峡谷在平面SH波入射下的散射频域解；利用从水平地表到峡谷表面再到地下土层的传递函数，通过两次传递得到峡谷地下目标功率谱和反应谱；

5、并对双层非均匀介质圆弧形峡谷地下多点地震动进行了模拟，通过数值实例验证了模拟结果的合理性和可靠性。（2）突破了上述“分两层穿越峡谷”这一理论前提约束，推导得到了任意层状穿越圆弧形峡谷在平面SH波入射下的散射频域解，因此更具有理论意义和应用普遍性。利用从水平地表到峡谷表面再到地下土层的传递函数，通过两次传递得到峡谷地下目标功率谱和反应谱；给出了考虑圆弧形场地“平-凹”相关性的相干函数模型及其具体推导过程。最后，基于上述理论和方法，开发了考虑圆弧分层场地的地下地震动模拟代码程序，并通过数值算例给出了模拟结果与目标（功率谱、反应谱和

6、相干函数）的拟合对比，进一步验证了该模拟理论和程序的合理性。关键词：相干函数，非均匀介质，圆弧形峡谷，地形效应，传递函数，地下多点地震动IABSTRACTAmongallkindsofdifferentterraininChina,mountains,plateauandhillstakeupalmost2/3oftotallandareas.TheterrainespeciallyinthesouthwestregionofChinaismorecomplexanddiverse.Manyseismicrecordsshow

7、thatthetopographicfactorshaveagreatinfluenceontheseismicresponseofstructures,especiallythelong-spanstructures,suchaslong-spanbridgesandundergroundpipelines,whichneedtoconsiderthespatialvariationofearthquakegroundmotion.Manyresearcherspaidgreatattentiontotheinfluence

8、oftheEarth’ssurfacetopographyonthedynamicresponseunderseismicexcitation,however,mostofresearchesassumedthatthesiteishomogeneous.Thegeologi