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基于数值格林函数方法的近场长周期强地震动模拟

张冬丽  
【摘要】:强地震动研究洞察地震中地表及近地表振动发生、发展特征和规律性,涉及对震源的了解和认识、地震波在地壳中的传播和介质的影响、局部场地条件影响等三个方面若干关键科学问题。近场地震动受震源的影响最显著,研究的难度最大,工程抗震也最为关注。我国“城市活断层探测与地震危险性评价”项目迫切需要一套具体可行的近场强地震动模拟技术方法,本文在强地震动随机合成、近场强地震动模拟的随机震源模型研究的基础上,研究基于数值格林函数方法的近场长周期强地震动模拟方法,全面实现近场强地震动模拟总体思路。 强地震动观测数据显示,高频段突出表现出随机性,低频段主要受传播途径和局部场地条件的影响。后者的模拟主要靠数值方法,能够处理三维地壳波速结构及复杂的局部场地条件,受计算机资源的限制,目前只能在1.0 秒以上的长周期段比较准确地模拟强地震动。为了提高计算效率和精度,对计算模型和方法进行了合理的简化,在省局计算中心设备条件下可以实现全部计算的近场强地震动模拟方法。 1.分两步计算,简化数值格林函数的计算方法 将有限断层震源、断层深度范围内的地壳均匀介质、盖层地壳三维速度结构综合在一个计算模型中,分两大步完成三维近场长周期强地震动模拟。第一步,在包括震源的介质均匀区,采用解析方法,计算所有子源在盖层底面各点引起的位移反应,形成三维波动有限元数值模拟的输入场。第二步,在盖层介质不均匀区,采用时、空解耦的显式波动有限元模拟方法,结合多次透射人工边界条件,计算盖层地表的长周期强地震动。这种简化方法有效扩大了计算区域,提高了计算速度,节省了数据存储空间。 2.系统确定有限断层的子源滑动时间函数 有限断层面上的滑动不均匀特征可以通过子源平均位错量的不均匀分布,破裂传播的时空不均匀性来表达。本文采用Brune模型,借助上升时间


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