基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟

刘中宪; 周健; 李程程; 孟思博

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20220822005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟
- Seismic Simulation of Sedimentary Basin Based on Modifiedstochastic Finite Fault Method
- 防灾减灾工程学报 2023年43卷第5期页码：999-1008
- 作者机构：
  
  1.天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津 300384
  2.天津城建大学天津 300384
  3.天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室，天津300384
- 作者简介：
  
  刘中宪（1982—），男，教授，博士后。主要从事地震工程、工程防护等方面的研究。E-mail: zhongxian1212@163.com
  李程程（1987—），女，讲师，博士。主要从事岩土工程抗震方面的研究。E-mail: lichengcheng113@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金联合基金重点项目(U2139208);中国地震局地震工程与工程振动重点实验室重点专项(2020EEEVL0302);国家自然科学基金项目(52008287;51968015)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20220822005
  中图分类号： P642.2;TU43
- 收稿：2022-08-22，
  
  修回：2022-10-25，
  
  纸质出版：2023-10-15
- 稿件说明：
移动端阅览
刘中宪,周健,李程程等.基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟[J].防灾减灾工程学报,2023,43(05):999-1008.

LIU Zhongxian,ZHOU Jian,LI Chengcheng,et al.Seismic Simulation of Sedimentary Basin Based on Modifiedstochastic Finite Fault Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(05):999-1008.
刘中宪,周健,李程程等.基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟[J].防灾减灾工程学报,2023,43(05):999-1008. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220822005.

LIU Zhongxian,ZHOU Jian,LI Chengcheng,et al.Seismic Simulation of Sedimentary Basin Based on Modifiedstochastic Finite Fault Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(05):999-1008. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220822005.

摘要

基于随机有限断层法理论框架，采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应，以此修正场地放大因子，发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法，模拟了2021年2月13日日本

7.1海域地震中日本关东盆地地震反应，并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明：与常规随机有限断层法相比，采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性，盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了6.24倍，与实测地震记录吻合度更高；区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致；相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近5倍，表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。

Abstract

Through the indirect boundary element method， the amplitude amplification factor spectrum of each observation point on different sedimentary basins is obtained， and based on this， a random finite fault method ground motion simulation considering the influence of basin topography is proposed. Using this method， this research simulates and studies the seismic response of internal and external stations in Japan's Kanto basin to the

7.1 sea area earthquake in Japan on February 13， 2021. It is found that the two simulation results will be quite different with and without topographic amplification. If only the amplification effect of soil layer is considered， the simulated peak acceleration of each station only decreases with the increase of epicentral distance. However， generally speaking， the difference between them is not obvious. After considering the influence of basin， such as edge effect and focusing effect， the difference in simulated peak acceleration of each station will be very different， in which CHB001 station is amplified by about 6.24 times. When comparing the measured records of the station with the simulated data， the results show good agreement. It indicates that when using the random finite fault method to simulate ground motion， the amplification effect of the site soil layer and the terrain of the observation point on the peak ground motion acceleration should be comprehensively considered， and the results obtained are more authentic.

关键词

Keywords

references

郭明珠，赵芳，赵凤仙 . 场地地震动局部地形效应研究进展［J］. 震灾防御技术， 2013 ， 8 （ 3 ）： 311 - 318 .

Guo M Z ， Zhao F ， Zhao F X . A review of the effect of small-scale surface topography on ground motions ［J］. Technology for Earthquake Disaster Prevention ， 2013 ， 8 （ 3 ）： 311 - 318 . （in Chinese）

高玉峰，代登辉，张宁 . 河谷地形地震放大效应研究进展与展望［J］. 防灾减灾工程学报， 2021 ， 41 （ 4 ）： 734 - 752 .

Gao Y F ， Dai D H ， Zhang N . Progress and prospect of topographic amplification effects of seismic wave in canyonsites ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 734 - 752 . （in Chinese）

陈少林，张莉莉，李山有 . 半圆柱型沉积盆地对 SH 波散射的数值分析［J］. 工程力学， 2014 ， 31 （ 4 ）： 218 - 224 .

Chen S L ， Zhang L L ， Li S Y . Numerical analysis of the plane SH waves scattering by semi-cylindrical alluvial valley ［J］. Engineering Mechanics ， 2014 ， 31 （ 4 ）： 218 - 224 . （in Chinese）

Xia C ， Zhao B M ， Horike M ，等 . 用经验格林函数方法模拟汶川 M W 7.9地震的强地震动［J］. 世界地震译丛， 2018 ， 49 （ 1 ）： 35 - 52 .

Xia C ， Zhao B M ， Horike M . et al . Strong ground motion simulations of the M W 7.9 Wenchuan earthquake using the empirical Green's function method ［J］. Translated World Seismology ， 2018 ， 49 （ 1 ）： 35 - 52 . （in Chinese））

Liang J ， Wu M ， Ba Z ， et al . Surface motion of a layered transversely isotropic half-space with a 3D arbitrary-shaped alluvial valley under qP-， qSV-and SH-waves ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2021 ， 140 ： 106388 .

袁晓铭，李雨润，孙锐 . 圆弧状沉积盆地与软土单覆盖层出平面地表运动对比［J］. 地震工程与工程振动， 2002 ， 22 （ 4 ）： 16 - 21 .

Yuan X M ， Li Y R ， Sun R . Comparison of out-of-plane surface ground motion between acircular-arc alluvial valley and a single overburden soft layer ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2002 ， 22 （ 4 ）： 16 - 21 （in Chinese） .

高玉峰，代登辉，张宁 . 翡翠河谷地震动地形效应解析分析［J］. 地震学报， 2022 ， 44 （ 1 ）： 40 - 49 .

Gao Y F ， Dai D H ， Zhang N . Analytical study on the topographic effect on groundmotion of Feitsui canyon ［J］. Acta Seismologica Sinica ， 2022 ， 44 （ 1 ）： 40 - 49 . （in Chinese）

张宁，潘家琐，代登辉，等 . 含峭壁V形峡谷对地震SH 波散射的解析解［J］. 地球物理学报， 2021 ， 64 （ 3 ）： 896 - 906 .

Zhang N ， Pan J S ， Dai D H ， et al . An analytical solution to the scattering of plane SH waves by a V-shaped canyonwith cliffs ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2021 ， 64 （ 3 ）： 896 - 906 . （in Chinese）

陈国兴，金丹丹，朱姣，等 . 河口盆地非线性地震效应及设计地震动参数［J］. 岩土力学， 2015 ， 36 （ 6 ）： 1721 - 1736 .

Chen G X ， Jin D D ， Zhu J ， et al . Nonlinear seismic response of estuarine basin and designparameters of ground motion ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2015 ， 36 （ 6 ）： 1721 - 1736 . （in Chinese）

Chen G ， Jin D ， Zhu J ， et al . Nonlinear analysis on seismic site response of Fuzhou Basin， China ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 2015 ， 105 （ 2A ）： 928 - 949 .

丁海平，刘启方，金星，等 . 基岩地震动的一个相干函数模型——走滑断层情形［J］. 地震学报， 2004 ， 26 （ 1 ）： 62 - 67 .

Ding H P ， Liu Q F ， Jin X ， et al . Acoherency function model of ground motion at base rock corresponding to strike-slipfault ［J］. Acta Seismologica Sinica ， 2004 ， 26 （ 1 ）： 62 - 67 . （in Chinese）

Ba Z ， Wang Y ， Liang J ， et al . Wave scattering of plane P， SV， and SH waves by a 3D alluvial basin in a multilayered half‐space ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 2020 ， 110 （ 2 ）： 576 - 595 .

黄磊，刘中宪，张雪，等 . 含流体层的河谷场地对地震波散射的间接边界元法模拟［J］. 地震学报， 2020 ， 42 （ 6 ）： 657 - 668，781 .

Huang L ， Liu Z X ， Zhang X ， et al . IBEM simulation of seismic wave scattering by valley topography with fluid layer ［J］. Acta Seismologica Sinica ， 2020 ， 42 （ 6 ）： 657 - 668，781 . （in Chinese）

刘启方，于彦彦，章旭斌 . 施甸盆地三维地震动研究［J］. 地震工程与工程振动， 2013 ， 33 （ 4 ）： 54 - 60 .

Liu Q F ， Yu Y Y ， Zhang X B . Three-dimensional ground motion simulation for Shidian Basin ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 2013 ， 33 （ 4 ）： 54 - 60 . （in Chinese）

贺春晖，王进廷，张楚汉 . 基于震源-河谷波场数值模拟的坝址地震动参数确定方法［J］. 地球物理学报， 2017 ， 60 （ 2 ）： 585 – 592 .

He C H ， Wang J T ， Zhang C H . Determination of seismic parameters for dam sites by numerical simulation of the rupture‑canyon wave field ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2017 ， 60 （ 2 ）： 585 - 592 . （in Chinese）

于彦彦，丁海平，刘启方 . 透射边界与谱元法的结合及对波动模拟精度的改进［J］. 振动与冲击， 2017 ， 36 （ 2 ）： 13 - 22 .

Yu Y Y ， Ding H P ， Liu Q F . Integration of transmitting boundary and spectral-element method and improvement on the accuracy of wave motion simulation ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2017 ， 36 （ 2 ）： 13 - 22 . （in Chinese）

Abraham J R ， Smerzini C ， Paolucci R ， et al . Numerical study on basin-edge effects in the seismic response of the Gubbio valley， Central Italy ［J］. Bulletin of Earthquake Engineering ， 2016 ， 14 （ 6 ）： 1437 - 1459 .

Boore D M . Comparing stochastic point-source and finite-source ground-motion simulations： SMSIM and EXSIM ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 2009 ， 99 （ 6 ）： 3202 - 3216 .

Motazedian D ， Atkinson G M . Stochastic finite-fault modeling based on a dynamic corner frequency ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 2005 ， 95 （ 3 ）： 995 - 1010 .

党鹏飞，刘启方，王冲，等 . 地震动随机有限断层模拟方法综述［J］. 地震工程与工程振动， 2020 ， 40 （ 6 ）： 131 - 139 .

Dang P F ， Liu Q F ， Wang C ， et al . Review on the stochastic finite‑fault ground motion simulation method ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 131 - 139 . （in Chinese）

王宏伟，任叶飞，温瑞智 . 一种随机有限断层的三维地震动模拟方法——鲁甸地震为例［J］. 地震工程与工程振动， 2021 ， 41 （ 2 ）： 181 - 191 .

Wang H W ， RenY F ， Wen R Z . A modified stochastic finite-fault method for simulating ground motions inthree dimensions： A case study of Ludian earthquake ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 181 - 191 . （in Chinese）

孙晓丹，陶夏新 . 基于动力学拐角频率的汶川主震近场地震动随机合成［J］. 土木工程学报， 2013 ， 46 （增2 ）： 124 - 129 .

Sun X D ， Tao X X . Stochastic modelling of ground motions for the Wenchuan earthquake using dynamic corner frequency ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2013 ， 46 （ Sup2 ）： 124 - 129 . （in Chinese）

王国新，史家平 . 随机有限断层法在汶川强地震动模拟中的应用［J］. 自然科学进展， 2009 ， 19 （ 6 ）： 664 - 669 .

Wang G X ， Shi J P . Application of stochastic finite fault method in Wenchuan Strong Ground Motion Simulation ［J］. Progress in Natural Science ， 2009 ， 19 （ 6 ）： 664 - 669 . （in Chinese）

夏晨，赵伯明 . 应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进［J］. 地震地质， 2015 ， 37 （ 2 ）： 529 - 540 .

Xia C ， Zhao B M . Improvement of empirical Green's function method by using dynamic corner frequency ［J］. Seismology and Geology . 2015 ， 37 （ 2 ）： 529 - 540 . （in Chinese））

孙吉泽，俞言祥，何金刚，等 . 2013年乌鲁木齐 M S 5.6和 M S 5.1地震强地震动模拟研究［J］. 地震学报， 2017 ， 39 （ 5 ）： 751 - 763，819 .

Sun J Z ， Yu Y X ， He J G ， et al . Ground motion simulation of 2013 rümq M S 5.6 and M S 5.1 earthquakes ［J］ Acta Seismologica Sinica ， 2017 ， 39 （ 5 ）： 751 - 763，819 . （in Chinese）

茆书巍，鲍志东，田作基，等 . 日本地区含油气盆地石油地质与油气成藏组合特征［J］. 中国石油勘探， 2017 （ 2 ）： 74 - 83 .

Mao S W ， Bao Z D ， Tian Z J ， et al . Characteristics of petroleum geology and play of petroliferous basins in Japan ［J］. China Petroleum Exploration ， 2017 （ 2 ）： 74 - 83 . （in Chinese）

Hanks T C ， Mcguire R K . The character of high-frequency strong ground motion ［J］. Bulletin of the Ssmological Society of America ， 1981 ， 71 （ 3 ）： 1897 - 1919 .

Beresnev I A ， Atkinson G M ， Johnson P A ， et al . Stochastic finite-fault modeling of ground motions from the 1994 Northridge， California， earthquake. II. Wid Nonlinear response at soil sites ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 1998 ， 88 （ 6 ）： 1402 - 1416 .

Boore D . Determining generic velocity and density models for crustal amplification calculations， with an update of the Boore and Joyner （1997） generic site amplification for graphic site amplification ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 2016 ， 106 （ 1 ）： 316 - 320 .

王希伟 . 基于地震学的日本东北地区地震动衰减关系研究［D］. 哈尔滨：中国地震局工程力学研究所， 2012 .

Wang X W . Study on seismic attenuation relationship in Northeast Japan based on seismology ［D］. Harbin ： Institute of engineering mechanics， China Seismological Bureau ， 2012 . （in Chinese）

Atkinson G M ， Boore D M . Ground-motion relations for eastern North America ［J］. Bulletin of the Seismological Society of America ， 1995 ， 85 （ 1 ）： 17 ‑ 30 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

Rayleigh波入射下建筑群-隧道群相互作用特性研究

近断层场地中衬砌隧道对平面SH波的散射