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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.11.019 第30卷第11期 北京科技大学学报 Vol.30 No.11 2008年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2008 河谷地形对土层地震反应的影响 潘旦光)楼梦麟) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092 摘要为了分析河谷对土层地震反应的影响，采用二维有限元法，对跨度00m的某河谷地形的土层进行地震反应分析 为研究地震波传播过程对土层地震反应的影响，分析比较了一致地震输入和行波地震输入作用下土层线性和等效线性化地 震反应的差异。同时将有限元计算结果与层状土层的一维波动分析结果相比较，讨论河谷地形对土层地震反应的影响·数值 计算的结果表明：在水平地震输入作用下，由于河谷的存在，在河谷附近将会激起较大的竖向运动：与一致地震输入相比，在 行波地震输入作用下，土层表面水平加速度反应减小，竖向加速度反应增大， 关键词河谷地形：地震反应：一致输入：行波输入 分类号TU435 Effect of valley topography on the seismic responses of soil sites PAN Danguang,LOU Menglin2) 1)School of Civil and Environmental Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China 2)State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering.Tongji University.Shanghai 200092.China ABSTRACT In order to analyze the effects of valley topography on the seismic responses of soil sites,the linear and equivalent-linear seismic responses of a valley with a span length of 500m were calculated by applying the direct finite element method,respectively. As the span of the valley is large,the discrepancy of seismic responses of the soil sites was compared under uniform excitation and traveling wave excitation.At the same time,based on the wave propagation theory,the seismic responses of layered soil were evaluat- ed for discussing the valley topography effect.The results show that the valley topography effect will lead to considerable vertical mo- tion.Comparing with uniform excitation.the horizontal acceleration response is decreased and the vertical acceleration response is in- creased when under the excitation of traveling waves. KEY WORDS valley topography:seismic response:uniform excitation:traveling wave excitation 在场地地震小区划和抗震安全性评价中主要着 态对SH波散射影响的一些规律.这些问题的解具 眼于研究土层地震反应沿深度的变化情况，由于实 有很高的理论价值，但对于实际的地形来说，其几何 际的地质条件通常具有层状分布的特点，因此在进 形态通常很不规则，且其介质也是非均匀的，同时在 行相对平整场地的地震反应分析时，将土层简化为 强震作用下土体通常已进入非线性，采用解析方法 一维波动问题进行分析是比较合适的·但是，对于 将很难得到问题的解.因此，对实际工程中复杂场 土层力学性质在横向变化明显的地方，如河谷、陡 地进行地震反应分析时通常借助数值方法[)]. 坎，采用层状土层模型分析土层的地震反应将会带 实际上，地震波是一个复杂的传播过程.地震 来明显的误差，若采用解析方法分析复杂地形的地 时从震源释放出来的能量以地震波的形式传至地 震反应，目前仅能得到很小一部分问题的解，例如： 表，而地表各点接收到的地震波是经由不同的路径、 Trifunac和Wong]、Womg和Jennings]利用解析 不同的地形地质条件而到达的，因而地表不同点处 和半解析法研究了平面$H波在半圆形、半椭圆形 的地震动必然存在差异8].目前，在分析土层表 等峡谷中的散射现象，得到了这些具有规则峡谷形 面地震反应时，通常假定基岩表面的地震波完全相 收稿日期：2007-09-04修回日期：2008-02-25 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(N。,50538050) 作者简介：潘旦光(974一)，男，副研究员，博士，E-mail:pandanguang@sohu:com河谷地形对土层地震反应的影响 潘旦光1） 楼梦麟2） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 2） 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 摘 要 为了分析河谷对土层地震反应的影响采用二维有限元法对跨度500m 的某河谷地形的土层进行地震反应分析． 为研究地震波传播过程对土层地震反应的影响分析比较了一致地震输入和行波地震输入作用下土层线性和等效线性化地 震反应的差异．同时将有限元计算结果与层状土层的一维波动分析结果相比较讨论河谷地形对土层地震反应的影响．数值 计算的结果表明：在水平地震输入作用下由于河谷的存在在河谷附近将会激起较大的竖向运动；与一致地震输入相比在 行波地震输入作用下土层表面水平加速度反应减小竖向加速度反应增大． 关键词 河谷地形；地震反应；一致输入；行波输入 分类号 TU435 Effect of valley topography on the seismic responses of soil sites PA N Danguang 1）LOU Menglin 2） 1） School of Civil and Environmental EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil EngineeringTongji UniversityShanghai200092China ABSTRACT In order to analyze the effects of valley topography on the seismic responses of soil sitesthe linear and equivalent-linear seismic responses of a valley with a span length of 500m were calculated by applying the direct finite element methodrespectively． As the span of the valley is largethe discrepancy of seismic responses of the soil sites was compared under uniform excitation and traveling wave excitation．At the same timebased on the wave propagation theorythe seismic responses of layered soil were evaluated for discussing the valley topography effect．T he results show that the valley topography effect will lead to considerable vertical motion．Comparing with uniform excitationthe horizontal acceleration response is decreased and the vertical acceleration response is increased when under the excitation of traveling waves． KEY WORDS valley topography；seismic response；uniform excitation；traveling wave excitation 收稿日期：2007-09-04 修回日期：2008-02-26 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（No．50538050） 作者简介：潘旦光（1974—）男副研究员博士E-mail：pandanguang＠sohu．com 在场地地震小区划和抗震安全性评价中主要着 眼于研究土层地震反应沿深度的变化情况．由于实 际的地质条件通常具有层状分布的特点因此在进 行相对平整场地的地震反应分析时将土层简化为 一维波动问题进行分析是比较合适的．但是对于 土层力学性质在横向变化明显的地方如河谷、陡 坎采用层状土层模型分析土层的地震反应将会带 来明显的误差．若采用解析方法分析复杂地形的地 震反应目前仅能得到很小一部分问题的解．例如： Trifunac 和 Wong ［1—2］、Wong 和 Jennings ［3］利用解析 和半解析法研究了平面 SH 波在半圆形、半椭圆形 等峡谷中的散射现象得到了这些具有规则峡谷形 态对 SH 波散射影响的一些规律．这些问题的解具 有很高的理论价值但对于实际的地形来说其几何 形态通常很不规则且其介质也是非均匀的同时在 强震作用下土体通常已进入非线性采用解析方法 将很难得到问题的解．因此对实际工程中复杂场 地进行地震反应分析时通常借助数值方法［4—7］． 实际上地震波是一个复杂的传播过程．地震 时从震源释放出来的能量以地震波的形式传至地 表而地表各点接收到的地震波是经由不同的路径、 不同的地形地质条件而到达的因而地表不同点处 的地震动必然存在差异［8—9］．目前在分析土层表 面地震反应时通常假定基岩表面的地震波完全相 第30卷 第11期 2008年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．11 Nov．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．11．019