基于场址复杂入射波场的非一致波动输入模型

何卫平; 杜修力; 陈平; 刘聪宇; 王峰

doi:10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0688

基于场址复杂入射波场的非一致波动输入模型

何卫平^{1, 2, ,},
杜修力^2,,
陈平^3,,
刘聪宇^1,,
王峰^1,

1.
三峡大学湖北省水电工程施工与管理重点实验室，湖北，宜昌 443002
2.
北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124
3.
中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南，长沙 410014

基金项目: 国家自然科学基金青年项目(51809152)；北京市博士后基金项目(Q6004014202002)；湖北省重点实验室开放基金项目(2020KSD16)

详细信息

作者简介:
杜修力(1962−)，男，四川人，教授，博士，院士，主要从事土木、水利工程结构抗震防灾研究(E-mail: duxiuli@bjut.edu.cn)

陈　平(1987−)，男，湖南人，高工，硕士，主要从事水工结构设计研究(E-mail: 362437373@qq.com)

刘聪宇(1998−)，男，湖北人，硕士生，主要从事水工结构抗震研究(E-mail: 2017101230@ctgu.edu.cn)

王　峰(1987−)，男，山东人，副教授，博士，主要从事水工结构研究(E-mail: wangfengctgu@ctgu.edu.cn)

通讯作者:
何卫平(1987−)，男，河南人，副教授，博士，主要从事地震动输入模型研究(E-mail: heweiping_hwp@126.com)

中图分类号: TV312；O347.4
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出版历程
- 收稿日期: 2022-08-06
- 修回日期: 2023-01-09
- 网络出版日期: 2023-03-06
- 刊出日期: 2024-12-24

A NON-UNIFORM WAVE INPUT MODEL BASED ON COMPLEX INCIDENT SITE WAVES

HE Wei-ping^{1, 2, ,},
DU Xiu-li^2,,
CHEN Ping^3,,
LIU Cong-yu^1,,
WANG Feng^1,

1.
Hubei Key Laboratory of Construction and Management in Hydropower Engineering, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002, China
2.
Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of the Ministry of Education, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
3.
Powerchina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha, Hu’nan 410014, China

摘要

摘要:
波动输入模型在表达地面运动非一致特征方面存在局限。为解决该问题，首先通过地震波空间演化分析证实场址入射地震波为复杂波场，进而提出拓展入射波假定至复杂波场的方法发展非一致波动输入模型。该文以确定性波场和粘弹性边界实现非一致波动输入模型，通过数值模拟地面运动与解析解对比验证其可行性。研究结果显示，非一致波动输入模型继承了波动输入模型在模拟地震波传播效应和地基辐射阻尼效应方面的优势，可有效实现场址复杂入射波场的输入。与传统波动输入模型相比，非一致波动输入模型可全面表达地面运动的时间滞后、峰值变化和时程形状差异等非一致特征。
- 近场波动 /
- 非一致波动输入模型 /
- 复杂入射波场 /
- 地震波空间演化 /
- 时程形状差异
Abstract:
The wave input model (WIM) cannot express the non-uniform characteristics of ground motions completely. By analyzing the spatial evolution of seismic waves from the source to the site, the incident site waves are proved to be complex waves. A strategy for improving the WIM by expanding incident waves to complex waves is proposed. The new model is named the non-uniform wave input model (NUWIM). The NUWIM is accomplished by the deterministic incident site waves and the visco-elastic boundary and is verified by the analytical ground motion. The result shows that the advantages of WIM in simulating the wave propagation effect and the radiation damping effect are inherited in the NUWIM, which can effectively achieve the input of complex incident site waves. Compared with the WIM, the non-uniform characteristics of ground motions, such as time delays, peak variations, and time history shape differences, can be synthetically simulated by the NUWIM.
- near-field wave /
- non-uniform wave input model /
- complex incident site waves /
- spatial evolution of seismic wave /
- time history shape difference

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图 1 震源地震波与场址入射地震波波形

Figure 1. Waveforms of source wave and incident site wave

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图 2 场址地面运动形成机制

Figure 2. Motion formation mechanism at the site

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图 3 复杂入射波场场址地面运动与数值解对比

Figure 3. Motions at the site by complex incident waves and numerical simulation

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图 4 算例模型

Figure 4. Example model

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图 5 非一致波动输入模型得到的参考点运动与解析解对比(A=0.8，B=1.1)

Figure 5. Motion at point R from NUWIM and analytical result (A=0.8, B=1.1)

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图 6 不同时刻波场快照和波前示意图

Figure 6. Wavefield snapshot at different times and wavefronts

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图 7 点A和点B的运动差异

Figure 7. Motion shape difference at Points A and B

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图 8 自由面运动峰值分布

Figure 8. Peak motion distribution at the free surface

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表 1 传播介质参数

Table 1 Propagation medium parameters

介质	波速/(m/s)		密度/(kg/m³)	厚度/m	品质因子
介质	P波	SV波	密度/(kg/m³)	厚度/m	Q_P	Q_S
地层1	2500	1070	2110	1000	80	100
地层2	4600	2590	2460	1500	100	150
地层3	6100	3530	2740	10 780	200	300
地层4	6500	3710	2830	12 120	200	300
地层5	6900	3930	2920	10 780	200	300
上地幔	7960	4430	3280	−	−	−

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表 2 场址复杂入射地震波信息

Table 2 Information of incident site waves

编号	入射波性质	幅值	入射角/(°)	到时/s
1	P	0.679	13.0	3.40
2	P	−0.189	12.6	4.18
3	S	0.185	5.6	3.94
4	S	0.134	5.7	4.21
5	S	0.107	5.4	4.72
6	S	−0.083	5.5	5.26
7	P	−0.064	11.5	4.79
8	S	0.064	5.0	5.59
9	S	−0.058	5.5	5.80
10	P	0.053	12.2	4.96
11	S	−0.041	5.6	6.07
12	P	0.038	3.9	9.07
13	S	−0.034	5.3	6.58

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表 3 非一致波动输入模型参考点运动误差

Table 3 Motion errors at point R from NUWIM

文献推荐参数	算例	运动分量	运动峰值		误差/(%)
文献推荐参数	算例	运动分量	NUWIM	解析解	误差/(%)
A=0.8, B=1.1^[23]	1	水平向	−0.3245	−0.3211	1.06
	1	竖直向	1.1387	1.1370	0.14
	2	水平向	−1.0718	−1.0833	1.07
	2	竖直向	2.3834	2.3744	0.38
A=1.0, B=1.0^[24]	1	水平向	−0.3246	−0.3211	1.08
	1	竖直向	1.1387	1.1370	0.15
	2	水平向	−1.0721	−1.0833	1.04
	2	竖直向	2.3837	2.3744	0.39

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