台地地形地震放大效应的有限元分析

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我国是一个多山之国,研究山体地形对地震动的影响规律有助于更加准确地估算山地结构物的地震作用,有利于山地建筑的防震减灾,对山地建筑的建设具有重要意义。本文首先对半无限域波动问题中的粘弹性人工边界做了基础理论分析和有限元模型的验证,确定了有限元分析方法的可行性。然后将山体地形简化成多个单台地模型和多台地模型,模型采用材料密度为2500kg/m~3、弹性模量为6.25×10~9N/m~2的岩性介质,经模拟得到台地模型各监测点处的加速度反应谱,并将其与同一水平面的平地模型加速度反应谱进行对比,研究各监测点处的水平地震动响应规律,最终给出了水平地震作用放大系数的取值。研究结果表明:(1)在半无限域地基地震波的模拟中,隐式分析法和显式分析法具有相同的计算精度,但显式分析法的计算效率远高于隐式分析法。(2)网格尺寸过大会抑制高频率地震波的有效传播,网格尺寸值建议不要超过地震波最小波长的十分之一。(3)台地顶部的地震波有明显的放大。对于10m~800m台高的单台地地形,台地顶部的水平地震动放大系数随台地高度的增加呈现先增大后减小的趋势,放大系数在200m台高时达到最大值1.968;对50m、100m、200m三种台高30°、45°、60°三种坡角、50m顶部平台宽度的单台地地形,放大系数变化范围为1.396~3.252。且坡角越大,放大系数越大;对100m台高、45°坡角、50m~400m顶部平台宽度的单台地地形,顶部平台宽度越大,顶部边缘处的放大系数越小,最小放大系数为1.338。(4)对200m台高、50m顶部平台宽度、各平台45°坡角的双台地(底部宽度550m)、四台地(底部宽度750m)模型分析后发现,中部平台的相对高度越高,监测点距平台边缘越近,放大系数越大。(5)建立200m台高的双台地、四台地模型,对不同监测点位置处的谱比曲线与同等高度单台地模型坡顶的谱比曲线对比发现,山体中部平台越多,底部宽度越大,总体坡度越缓,山体顶部的放大效应越小。
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