甘肃文县城关镇山体‑沉积河谷三维地震动IBEM模拟
Three⁃Dimensional Seismic Ground Motion IBEM Simulation of Mountain⁃Sedimentary River Valley in Chengguan Town, Wen County, Gansu Province
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第1期 页码：1-12
- 作者机构：
1.天津城建大学土木工程学院，天津 300384
2.天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津 300384
3.天津大学建筑工程学院，天津 300354
4.北京构力科技有限公司，北京 100013
- 作者简介：
刘中宪（1982—），男，教授,博导，博士。主要从事地震工程、工程波动方面的研究。 E-mail: zhongxian1212@163.com
黄振恩（1994—），男，博士研究生。主要从事工程抗震方面的研究。E-mail: huangzhenenv587@163.com
- 基金信息：国家自然科学基金项目(U2139208;52278516)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20241005001
中图分类号： TU443收稿：2024-10-05，
修回：2024-12-02，
纸质出版：2025-02-15
- 稿件说明：
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刘中宪,卢飞龙,边煜凯等.甘肃文县城关镇山体‑沉积河谷三维地震动IBEM模拟[J].防灾减灾工程学报,2025,45(01):1-12.
LIU Zhongxian,LU Feilong,BIAN Yukai,et al.Three⁃Dimensional Seismic Ground Motion IBEM Simulation of Mountain⁃Sedimentary River Valley in Chengguan Town, Wen County, Gansu Province[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(01):1-12.
刘中宪,卢飞龙,边煜凯等.甘肃文县城关镇山体‑沉积河谷三维地震动IBEM模拟[J].防灾减灾工程学报,2025,45(01):1-12. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20241005001.
LIU Zhongxian,LU Feilong,BIAN Yukai,et al.Three⁃Dimensional Seismic Ground Motion IBEM Simulation of Mountain⁃Sedimentary River Valley in Chengguan Town, Wen County, Gansu Province[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(01):1-12. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20241005001.
摘要
针对镇域尺度甘肃文县城关镇山体‑沉积河谷三维地震动模拟问题，利用边界元法求解无限域弹性波动问题时降维和自动满足弹性波无限远辐射的优势，将间接边界元法拓展到城关镇山间河谷场地三维地震动模拟。根据钻孔资料及高精度地形数据建立三维精细化模型，以平面P波和SV波作为输入，在频域内分析了城关镇山间河谷地形对地震动的放大效应。为提高计算效率，在计算耗时严重的散射波场构造和虚拟荷载求解部分采用OpenMP（Open Multi‑Processing）并行编程，并通过与半解析解对比验证了方法的准确性。城关镇的模拟结果表明：（1）沉积河谷和山体均会放大地震动，但沉积河谷的放大效应更为明显，在P波入射下，沉积河谷和山体观测点的位移放大系数（地震动位移与入射波位移幅值的比值）最大值分别为19.64和3.66，SV波入射下则为14.13和3.48；（2）两侧山体对地震波的反射会加剧山间河谷的边缘效应，河谷边缘的地震动放大系数最大可达19.64；（3）沉积河谷地震动的空间分布随频率变化明显，随着频率的升高，强震区从河谷中心逐渐往边缘转变。研究可为此类场地的地震区划和抗震设防提供一定参考。
Abstract
This study aims to address the issue of the three-dimensional seismic motion simulation for the mountain-sedimentary river valley in Chengguan Town
Wen County
Gansu Province
at the town scale. By leveraging the advantages of boundary element method in reducing dimensionality and automatically satisfying far-field radiation condition for elastic waves when solving elastic wave propagation problems in an infinite domain
the indirect boundary element method (IBEM) was extended to simulate the three-dimensional seismic ground motion in the mountainous and river valley sites of Chengguan Town. Based on the drilling data and high-precision terrain data
a three-dimensional refined model was established. Plane P waves and SV waves were used as inputs to analyze the amplification effect of the mountain river valley terrain in Chengguan Town on the seismic motion in the frequency domain. In order to improve calculation efficiency
OpenMP (Open Multi-Processing) parallel programming was used in the time-consuming processes of constructing the scattered wavefield and solving virtual loads. The accuracy of the method was verified by comparison with the semi-analytical solutions. The simulation results of Chengguan Town showed that: (1) both the sedimentary river valleys and the mountains amplified seismic motion
but the amplification effect in the sedimentary river valleys was more pronounced. Under P wave incidence
the maximum displacement amplification coefficients (the ratio of seismic motion displacement to incident wave displacement amplitude) at observation points in the sedimentary river valleys and the mountains were 19.64 and 3.66
respectively
while under SV wave incidence
they were 14.13 and 3.48
respectively. (2) The reflection of the seismic waves by the mountains on both sides would aggravate the edge effect of the mountain river valley
with the maximum seismic motion amplification coefficient at the edge of the river valley reaching 19.64. (3) The spatial distribution of seismic motion in the sedimentary river valleys varied significantly with frequency. As the frequency increased
the strong seismic zone gradually shifted from the river valley center to the edge. The findings can provide certain reference for seismic zoning and earthquake-resistant design for such sites.
关键词
Keywords
references
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