基于动力有限差分法的典型海域自由场二维地震反应分析

宋星; 兰景岩

doi:10.11939/jass.20190191

基于动力有限差分法的典型海域自由场二维地震反应分析

宋星^1,2,
兰景岩^1,2, ,

1.
中国广西桂林 541004 桂林理工大学土木与建筑工程学院
2.
中国广西桂林 541004 桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室

基金项目: 国家自然科学基金（51408559）、广西自然科学基金（2018GXNSFAA281183）和广西岩土力学与工程重点实验室开放基金（桂科能19-Y-21-4）共同资助

详细信息

通讯作者:
兰景岩: e-mail：lanjy1999@163.com

中图分类号: P315.9
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出版历程
- 收稿日期: 2019-12-30
- 修回日期: 2020-03-28
- 网络出版日期: 2020-08-26
- 发布日期: 2020-11-14

Two dimensional seismic responses of free field in typical seafloor site based on dynamic finite difference method

Song Xing^1,2,
Lan Jingyan^1,2, ,

1.
College of Civil Engineering and Architecture，Guilin University of Technology，Guangxi Guilin 541004，China
2.
Guangxi Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Guilin University of Technology，Guangxi Guilin 541004，China

摘要

摘要: 以我国近海海域工程场地为研究对象，充分考虑上覆海水的自重影响，构建典型的饱和海底自由场计算模型，运用动力有限差分法开展二维地震反应分析，探讨以不同幅值的SV波、P波作为基底输入条件下上覆海水厚度对海底地震动峰值和反应谱的影响，总结上覆有水和无水场地的地震动结果差异，并分析差异产生的原因。结果表明：当基底输入SV波时，上覆有水场地海床表面峰值加速度小于上覆无水场地地表峰值加速度，海水层厚度对峰值加速度的影响可以忽略；当基底输入P波时，上覆有水场地海床表面峰值加速度大于上覆无水场地地表峰值加速度，且随着海水层厚度的增大，海床表面峰值加速度逐渐减小。
- 海域饱和场地 /
- 上覆海水 /
- 地震反应分析 /
- 地震动参数
Abstract: Taking the engineering site in the offshore area of China as the research object, the typical calculation model of saturated submarine free field is constructed after fully considered the influence of self-weight stress of overlying sea water, and the dynamic finite difference method is implemented to carry out two-dimensional seismic response analysis. In this paper, we discussed the influence of the thickness of overlying sea water on the peak ground motion value and response spectrum of seafloor under the condition that SV and P waves of different amplitudes are used as the input of the basement, and systematically analyzed the causes of the differences. The results show that when SV wave is input into the sea floor, the peak acceleration of the sea floor surface is smaller than that of the overlying anhydrous site surface, and the effect of the thickness of the sea water layer on the peak acceleration can be ignored; when P wave is input into the sea floor, the peak acceleration of the sea floor surface is larger than that of the overlying anhydrous site surface, and the peak acceleration of the sea floor surface gradually decreases with the thickness of the sea water layer increase.
- sea saturated site /
- overlying sea water /
- seismic response analysis /
- ground motion parameters

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图 1 水平成层自由场模型（A为海床表面观测点）

（a）模型一；（b）模型二；（c）模型三；（d）模型四

Figure 1. Free-field model of horizontal soil layers （A is the measuring point on ocean surface）

（a） Model 1；（b） Model 2；（c） Model 3；（d） Model 4

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图 2 基底输入地震动加速度时程及傅里叶谱

（a） Kobe波加速度时程；（b） El-Centro波加速度时程；（c） Kobe波傅里叶幅值谱；（d） El-Centro波傅里叶幅值谱

Figure 2. Acceleration time history and Fourier spectra of ground motion input

（a） Acceleration time history of Kobe wave；（b） Acceleration time history of El-Centro wave；（c） Fourier amplitude spectrum of Kobe wave；（d） Fourier amplitude spectrum of El-Centro wave

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图 3 SV波输入峰值0.10 g条件下的加速度时程反应

（a） Kobe波；（b） El-Centro波

Figure 3. Acceleration time history response under SV-wave input with peak value of 0.10 g

（a） Kobe wave；（b） El-Centro wave

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图 4 场地放大系数变化图

（a） Kobe波；（b） El-Centro波

Figure 4. Variation of soil amplification factor

（a） Kobe wave；（b） El-Centro wave

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图 5 Kobe波作为基底SV波时的地表加速度反应谱

Figure 5. Acceleration response spectrum under SV-wave input of Kobe wave

（a） 0.05 g；（b） 0.10 g；（c） 0.15 g；（d） 0.20 g；（e） 0.25 g；（f） 0.30 g

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图 6 El-Centro波作为基底SV波时的地表加速度反应谱

Figure 6. Acceleration response spectrum under SV-wave input of El-Centro wave

（a） 0.05 g；（b） 0.10 g；（c） 0.15 g；（d） 0.20 g；（e） 0.25 g；（f） 0.30 g

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图 7 P波输入峰值0.10 g条件下的加速度时程反应

（a） Kobe波；（b） El-Centro波

Figure 7. Acceleration time history response under P-wave input with peak value of 0.10 g

（a） Kobe wave；（b） El-Centro wave

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图 8 场地放大系数变化图

（a） Kobe波；（b） El-Centro波

Figure 8. Variation of soil amplification factor

（a） Kobe wave；（b） El-Centro wave

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图 9 Kobe波作为基底P波时的地表处加速度反应谱

Figure 9. Acceleration response spectrum under P-wave input of Kobe wave

（a） 0.05 g；（b） 0.10 g；（c） 0.15 g；（d） 0.20 g；（e） 0.25 g；（f） 0.30 g

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图 10 El-Centro波作为基底P波时的地表处加速度反应谱

Figure 10. Acceleration response spectrum under P-wave input of El-Centro wave

（a） 0.05 g；（b） 0.10 g；（c） 0.15 g；（d） 0.20 g；（e） 0.25 g；（f） 0.30 g

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表 1 水平成层场地土层参数

Table 1 Soil layer parameters of horizontal layered site

计算参数	ρ/（kg·m⁻³）	G/MPa	K/MPa	v_S/（m·s⁻¹）	v_P/（m·s⁻¹）	C/kPa	Φ/°
第一层	1 700	97	478	240	1 700	10	30
第二层	2 000	226	6 130	360	1 800	10	30
第三层	2 250	951	9 330	650	2 170	6 500	45

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表 2 以SV波作为输入形式下观测点A的峰值加速度

Table 2 PGA of point A in the stratified model under SV wave seismic inputs

输入幅值/g	峰值加速度/g
	Kobe波				El-Centro波
	模型一	模型二	模型三	模型四	模型一	模型二	模型三	模型四
0.05	0.1068	0.0983	0.0983	0.0983	0.1650	0.1632	0.1632	0.1632
0.10	0.2135	0.1966	0.1966	0.1966	0.3293	0.3257	0.3257	0.3257
0.15	0.3209	0.2954	0.2954	0.2954	0.4949	0.4895	0.4895	0.4895
0.20	0.4208	0.3932	0.3932	0.3932	0.6586	0.6514	0.6514	0.6514
0.25	0.5344	0.4920	0.4920	0.4920	0.8253	0.8163	0.8163	0.8163
0.30	0.6462	0.5971	0.5971	0.5971	0.9897	0.9790	0.9790	0.9790

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表 3 以P波作为输入形式下各工况下观测点A的峰值加速度

Table 3 PGA of point A in the stratified model under P wave seismic inputs

输入幅值/g	峰值加速度/g
	Kobe波				El-Centro波
	模型一	模型二	模型三	模型四	模型一	模型二	模型三	模型四
0.05	0.0298	0.0307	0.0306	0.0306	0.0298	0.0321	0.0320	0.0319
0.10	0.0596	0.0613	0.0613	0.0611	0.0594	0.0640	0.0639	0.0636
0.15	0.0895	0.0921	0.0921	0.0919	0.0893	0.0962	0.0960	0.0956
0.20	0.1191	0.1226	0.1225	0.1223	0.1188	0.1281	0.1277	0.1277
0.25	0.1490	0.1534	0.1533	0.1530	0.1489	0.1605	0.1601	0.1601
0.30	0.1790	0.1842	0.1842	0.1842	0.1785	0.1924	0.1920	0.1911

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施引文献(9)

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