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分层均匀介质中有限震源引起的地面运动计算

邸海滨  
【摘要】:首先,学习掌握了分层均匀介质中地震波传播的基本理论、采用广义反射透射系数矩阵方法计算单一点源引起的地面运动的基本原理以及数值计算问题中的经典技术难题及其解决方法;然后,基于分层均匀介质中地震波计算的基本原理,考虑有限震源的任意几何特征、有限震源的震源机制随时间和空间发生变化的可能性以及并行计算的发展方向,参考现有的计算程序,利用具有矩阵计算与数据可视化优势的Matlab高级编程语言,重新设计编写了计算程序,使其不但适用于点震源的简单情况,也适用于任意几何形状的、震源机制随时间和空间发生变化的有限震源的复杂情况。 考虑到有限震源在深度方向的分布特点,论文在计算广义反射透射系数矩阵的环节上,采用单循环同时计算不同深度震源界面情况下的广义反射透射系数矩阵的方案,大大提高了计算效率;考虑到震源过程中震源机制不但随时间发生变化而且随空间发生变化的可能性,在计算震源作用的环节上,采用预先计算6个基本震源(地震矩张量)的技术路线,也大大提高了计算效率。 为了适应并行计算的发展趋势,论文重点在两个环节上设计了并行计算。第一个环节是极其耗时的广义反射透射系数矩阵的计算环节。在这个环节上,本程序采用了同时计算上行波和下行波的广义反射透射系数矩阵的技术路线。第二个环节是有限震源的地面运动的合成环节。在这个环节上,本程序采用了同时计算一组震源-多组观测点的计算方案。 为了检验计算程序的可靠性、计算效率和适用性(功能),论文分别设计了远场情况、近场情况、点源情况和有限震源情况下的多组数值实验,对比分析了该程序与现有程序的计算结果和计算时间,检验了程序可靠性、计算效率以及适用能力。 最后,为了检验论文设计编写的程序的应急效能,将程序应用于2008年5月12日四川汶川Ms8.0地震和2010年4月14日青海玉树Ms7.1地震的近断层的地面运动(位移和速度)的计算,结果表明,该程序可以在较短时间内再现地震现场的、有助于判定灾情分布的地面运动。


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