考虑场地土分层差异效应的多点地震动_理论与程序开.pdf

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1、第２９卷第４期计算力学学报Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．４２０１２年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓＡｕｇｕｓｔ２０１２２０１１０９２６００４柳国环文章编号：１００７－４７０８（２０１２）０４－０５８２－０７基于震源机制且考虑场地土分层差异效应的多点地震动：理论与程序开发柳国环＊１，２，陆新征１，２，国巍３，４（１．清华大学土木工程系，北京１０００８４；２．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点试验室，北京１０００８４；３．中南大学土木工程学院，长沙４１００７５；４．中南大学高速铁路建造技术

2、国家工程实验室，长沙４１００７５）摘要：结合前人工作，首先形成了适用于我国目标场地的基于震源机制，且考虑局部场地效应的地表多点地震动具体生成途径，包括：（１）依据随机振动理论建立能够反映包含多个土层在内的局部场地整体过滤效应的传递函数，（２）基于本文作者改进的过滤函数而得到的适用于我国目标场地的基岩谱，进而通过分区建立局部场地的整体传递函数以反映不同场地土之间的差异性，（３）在前人工作基础上考虑了场地的非平坦性因素，（４）为了程序编制方便，给出了多土层过滤后相位角变化的显示表达式；然后，依据上述理论框架成功实现了程序ＭＥＭＳＶ

3、２０１１．６（Ｍｕｌｔｉ－ｓｕｐｐｏｒｔＥａｒｔｈｑｕａｋｅＭｏｔｉｏｎｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｅｒｓｉｏｎ２０１１．６）的编制和可视化运行，该程序可直接生成界面图形并输出数据文件，具体功能包括：设置震源参数、分区输入土层参数、计算并显示土层传递函数、设定非平稳参数、调控频率、生成多点地震动时程、验证多点地震动间的相干性以及拟合规范（桥梁、建筑和电力设施）反应谱等；最后，以一桥梁土层为算例，利用该程序生成了目标场地基于震源机制的地表多点地震动，并分析了地表地震动对场地土和震中距因素的敏感性。本文内容具有坚实理论基础和实用性，可

4、直接为工程提供参考。关键词：多点地震动；基岩谱；局部场地；非平稳；规范反应谱中图分类号：Ｐ３１５．９；Ｕ４４２文献标志码：Ａ时域转化首先需要的是地表功率谱，未直接涉及到１引言震源、震源深度、震中距及基岩等更为周全的因素，土木工程领域中，事先对结构在地震作用下的因此这种方法尚不能兼顾和体现震源深度、震中距反应进行分析是评估结构安全性的一种有效途径，以及目标点与震源之间传递路径等因素的影响，然而结构动力反应的计算结果直接依赖于地震动本而这些因素是客观存在的。身的输入。地震作为一种自然现象因其具有非确为此，一个基本思路是：首先需要得

5、到震源谱，定性，从而在量化上难以被准确估计和预测。当前然后再通过反映传播路径的函数过滤后（地震动由一种普遍采用的方法是：首先，通过统计得到地表近及远传递过程中，部分高频分量会被过滤）得到地震动的频域内功率谱（如Ｃｌｏｕｇｈ－Ｐｅｎｚｉｅｎ模型基岩谱，进而由基岩谱并通过基岩上部的土层过滤等）；然后，通过数学方法（如谐波叠加法等）生成目而得到地表功率谱，最后可通过上述方法和步骤进标点时域内的地震动信号（如加速度时程）；进而，一步得到时域内的信号。在这里，有必要提及的是：通过拟合规范反应谱对生成的加速度信号进行调通过地表地震动反演到

6、基岩位置地震动的方法，依整；最后，通过积分、纠偏等方法可得到地震动的低然不能涉及到震源深度、震中距等震源参数客观因阶信号（如位移时程）。这种方法具有简单、直接且素的影响。目前，国外已有考虑震源谱和路径效应便于实现的优点。但是由于在该流程中由频域向相应方面的研究：典型震源谱有Ｂｒｕｎｅ谱［１，２］、［３，４］［５］Ａｔｋｉｎｓｏｎ双拐点谱、Ｍａｓｕｄａ谱以及改进的收稿日期：２０１１－０９－２６；修改稿收到日期：２０１２－０１－０３．［６］基金项目：国家自然科学重点基金（９０８１５０２５）；国家自然科学Ｍａｓｕｄａ谱；文献［７，８

7、］描述了地震动传播过程中基金（５１１７８２４９，５０９３８００８，５１１０８４６６）；中国博士后高频成分衰减的过滤函数。然而，这些记载都是基科学基金（２０１１Ｍ５００３３２）资助项目．作者简介：柳国环＊（１９８０－），男，博士，助理研究员于国外资料而得到的。因此，为了能够适用于我国（Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｒｅｃｉｖｉｌ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ）；目标场地，文献［９］借鉴了上述基岩地震谱表达式，陆新征（１９７８－），男，博士，副教授；国巍（１９８２－），男，博士，讲师．基于我国基岩地震动资料修正了并给出了高频段第４期柳国环，等：基于震源机

8、制且考虑场地土分层差异效应的多点地震动：理论与程序开发５８３过滤函数，进而得到了适用于我国目标场地的基岩为例，相应参数的物理意义如图１所示。基于震源地震谱。进一步，由震源功率谱和改进的适用于我机制，且考虑局部场地效应的生成多点地震动框架国的高频过滤函数，可以得到适用于我国的基