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为研究山地地形对砖石古塔地震响应的影响,以位于四川中江县铜鱼山顶的中江南塔作为原型,选取了汶川地震发生时自贡台阵的加速度记录为基底输入,通过小型振动台试验研究了山底、山顶古塔自振频率随地震动幅值的变化趋势,分析了地形效应对古塔地震响应的影响及古塔破坏特征.结果表明:在低幅值地震动作用下古塔自振频率不变,当自由地表地震动峰值分别达到100 Gal和150 Gal时,山顶和山底古塔发生破坏;在古塔自振特性、输入地震动的频谱特征以及结构构造特点影响下,古塔发生了"上轻下重"的破坏特征;与山底古塔相较,山顶古塔地震反应明显更大,相同工况下山顶古塔各楼层峰值加速度、最大相对位移、最大层间位移角分别为山底古塔的2～3倍、1.5～4.5倍、1.5～4.5倍,其中最大相对位移和最大层间位移角的放大倍数与地震动幅值相关,因此需重视山顶古塔的地震安全性.

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山地地形 地震响应 中江南塔 振动台试验

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Historical earthquake experience has shown that complex terrain in mountainous areas can exacerbate earthquake damage. Complex terrain can alter the duration，amplitude and frequency characteristics of seismic waves，causing unanticipated and severe damage to buildings located on them. On May 21，2021，a MS6.4 earthquake occurred in Yangbi，Yunnan Province. Near the epicenter of the earthquake，Xiuling village is located in a mountain range with a straight line distance of about 4.5 km from the top to the foot of the mountain，with an elevation difference of about 800 m. The investigation found that the damage to the houses on the top of the mountain was serious，generally manifested as wall collapse or serious damage；the damage to the houses on the mountainside was moderate，manifested as wall collapse and foundation settlement；the damage to the houses at the foot of the mountain was relatively light，without wall collapse，and was dominated by the tensile cracks in the contact surfaces of the structural columns and load-bearing walls. According to the difference in topographic seismic damage，four strong motion observation stations were set up at the top of the mountain，the mountainside and the foot of the mountain in Xiuling village，respectively，on June 8，and a reference station was set up in Huai’an village，which is located in a basin，with a total of five stations，and a total of 63 aftershocks with magnitudes ranging from 1.0 to 4.9 were recorded by the topographic mobile observation station array. According to the spatial distribution of mobile stations and aftershocks，the size of aftershocks and the mountain range orientation，three earthquakes with different magnitudes were selected for acceleration recording analysis，and the analysis results show that when the seismic waves are incident perpendicular to the mountain range orientation，there is anomalous amplification of the high frequency at the steep slopes of the mountainside，and the low-frequency portion of the Fourier amplitude spectrum at different elevations differs significantly along the mountain range orientation and the vertical orientation，at the same time the analysis results of the basin station under the three seismic effects also reflect the directional difference of the basin effect. A method is used to calculate the site effect term κ0 of the high-frequency attenuation parameters，and the correlation between the horizontal and vertical components of κ0 and the site softness and predominant frequency is analyzed，and the results show that，in the close range （＜30 km），κH correlates with the softness of the local site conditions，which is determined by the predominant frequency and the peak amplification bandwidth of the site，and κV has a weaker correlation with local site softness，both of which have a decreasing trend with increasing local site predominant frequency，κV is especially obvious. Due to the relatively small number of observation stations，the relevant conclusions are only for the present study area. Considering the complexity of the actual mountainous terrain，more actual observational data are needed for validation. Through further verifying，it can provide a useful reference for the site adjustment estimated from ground motion impact on a small scale. © 2024 Acta Seismologica Sinica Press. All rights reserved.

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site effect topographic effect earthquake damage phenomenon high frequency attenuation parameters

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基于对2021年5月21日漾濞MS6.4地震微观震中秀岭村进行的震害调查，利用流动观测地形台阵观测资料，分析了地形效应对地震动特性的影响。结果表明，若地震波垂直山脉走向入射，陡坡会放大地震波的高频部分，且不同高程处，山脉垂向低频差异较大，山脉走向低频差异较小。利用谱衰减法计算高频衰减参数的场地影响项κ0，分析了水平和竖向分量的κ0与场地软弱程度和卓越频率的相关性，其结果表明，在小尺度范围内，水平分量和竖向分量的κ0均具有较强的空间不均匀性。

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地形效应 高频衰减参数 场地效应 震害现象

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高山峡谷区场地地震效应是地震工程领域研究热点.V形峡谷引起的圆柱形SH波散射和衍射波函数的级数解已较为成熟,并为众多河谷区重大工程提供了合理、科学的地震动输入.采用物理驱动深度学习方法结合与解析结果的对比分析,近一步明确了V型河谷地形地震反应特性及复杂波场空间分布.此方法主要关注稀疏样本及可诠释性人工智能,结合强形式自动微分和软约束边界条件嵌入,建立深度神经网络实现半无限域地震传播模型.采用时间域分解策略,实现不同给定波场工况下V型河谷高精度预测.通过与解析解对比,评估了所提出的物理驱动人工智能方法的精度和效率.结果表明,物理驱动人工智能方法可应用于地形效应分析,柱面SH波在V型峡谷底端发生显著衰减与振荡,边缘区呈现放大效应.

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河谷地震 科学人工智能 物理驱动深度学习 波动模拟

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针对2021年5月21日云南漾濞6.4级地震,开展了现场震害调查、余震观测及地震动和房屋震害特征分析,总结了地震影响区特别是极震区房屋的震害特点,探讨了房屋震害特征与地震动特性的关联性,揭示了场地地形条件及地震动方向性对房屋震害特征和分布的影响特点与机理.研究表明,由于存在场地地形放大效应,山腰陡坎和山顶处的房屋震害相对山脚均有不同程度的加重;地震动的方向性效应是房屋在不同朝向表现出破坏程度差异性的主要原因.通过总结此次地震的震害经验,提出了提高云南地区土木结构房屋抗震性能的措施建议.

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场地条件 房屋震害调查 地形效应 地震动方向性 强震动观测 漾濞地震 地震动记录

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基于四川地区62个强震动台站的场地资料,依据中国抗震规范及美国下一代衰减的Geomatrix(GMX)场地分类方法将台站场地进行了划分,并以台站的场地放大系数和高频衰减参数(κ0)为基础数据,研究了不同场地类型的场地放大系数平均特征.结果显示,在中国Ⅱ类场地中,受狭窄山间谷底地形效应影响,满足GMX的C类场地在大于10 Hz的高频段有明显放大;受深厚软弱沉积层影响,满足GMX的D类场地在小于5 Hz的低频段放大效应显著.考虑震源滑动模型、山区和盆地品质因子差异、局部场地效应,采用区域内余震平均应力降,通过随机有限断层法模拟了 2022年芦山Ms6.1地震中9个断层距(Rrup)＜100 km的强震动台站的加速度时程、傅里叶振幅谱(FAS)和反应谱(PSA).结果显示,模拟结果与观测加速度时程的S波部分符合良好.在8 s以下周期范围内模拟与观测FAS和PSA形状和幅值基本一致.较好地模拟结果支持此次地震为2013年芦山Ms7.0芦山地震的一次余震.另外,模拟结果体现了此次地震在Rrup＜35 km范围内有明显的方向性效应,与观测数据相符.最后,考虑各类场地的场地放大系数和κ0的平均特性,比较了此次地震中Rrup＜150 km的167个盆地和130个山区烈度台观测和模拟峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV),以及周期为0.5 s、1.0 s、5.0 s和8.0 s的PSA幅值随断层距的衰减特性.结果显示,山区和盆地的地震动参数随距离的衰减特性较为相似,山区和盆地的PGA、PGV强度相当.但是,在周期大于1.0 s的长周期段,盆地的反应谱幅值整体上大于山区.

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方向性效应 强地震动 场地效应 随机有限断层法 芦山Ms6.1地震

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山地丘陵地形对地震动的分布有重要的影响,研究地形效应,有利于充分认识地震灾害风险,为减轻灾害损失做好防御措施.基于实际地形建立自贡西山公园观测台阵所在山体的三维有限元模型,研究开发黏弹性人工边界和SH波垂直入射前处理程序,开展动力学数值模拟;数值模拟结果与实际记录进行对比,并验证模型的合理性;研究分析低山丘陵山体对地震动强度及空间分布影响,以及峰值加速度与入射波频率、高程、坡度的关系.结果表明:低山丘陵山顶位置地震动峰值放大明显,而山脚凹陷位置地震动峰值存在削弱现象;地形效应与输入地震动频率密切相关,不同主频的输入地震动所造成的地表峰值加速度分布不同;较高主频的地震动可以凸显地形细节的影响;地表峰值加速度与高程具有较好的正相关关系,与坡度的相关关系较弱.综合高程和坡度拟合峰值加速度的效果优于仅使用高程或坡度的拟合,二元三次多项式拟合效果较好,可用于定量描述地形放大系数随高程和坡度的变化.

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地形效应 三维有限元 自贡西山公园 黏弹性边界 低山丘陵

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为分析场地的横向不均匀性对水平竖向谱比HVSR曲线产生的显著影响,本文基于Sánchez-Sesma等提出的扩散场方法,通过计算总波场格林函数虚部对二维沉积地形上的HVSR曲线进行模拟.格林函数虚部则通过刚度矩阵和平面内斜线格林函数采用间接边界元方法进行求解.对二维沉积地形和相应的一维层状半空间的HVSR曲线进行了参数分析,着重讨论了沉积地形的形状、相对计算点位置等因素对HVSR曲线的影响规律.结果表明:沉积地形内外材料阻抗比对HVSR曲线的影响最为显著;随着沉积地形内外材料阻抗差异和沉积侧界面坡度的增大,沉积地形上HVSR曲线的第一峰值点的频率显著增大至相应层状半空间结果的3.3倍,同时HVSR曲线的形态呈现出平台现象;随着计算点到沉积边界距离的减小,HVSR曲线高频段幅值相对较大.根据本文得到的局部地形对HVSR曲线的影响规律,在进行场地勘探时可采用HVSR方法初步确定局部地形的分布位置以降低勘探成本.

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间接边界元法 局部地形效应 扩散场方法 动力格林函数 水平竖向谱比法

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采用DEM数据建立基于数字高程模型的三维有限元山谷地形模型,研究了输入不同地震波情况下,山谷地形不同监测点处的动力响应特性.数值模拟结果表明,地形效应对地震动的振幅影响很大,随高程增加振幅幅值不断增大;山谷地形的顶部加速度峰值大于底部峰值,地形的放大效应在顶部比底部明显;同时,存在地震波的行波效应,表现为山谷顶部相对于山谷底部的滞后性;山谷地形对高频段(＞ 10 Hz)的地震波存在滤波作用,对地震波低频段(2～5 Hz)的能量起到放大作用;山谷地形跨度大小对场地地形效应的数值模拟结果表明,当跨度减小时,峰值加速度放大作用趋于明显,即由地表引起的地形效应,随着跨度的增大逐渐趋于平缓.

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数值模拟 有限元分析 地形效应 数字高程模型

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本文对地震动地形效应的影响因素及其规律进行了阐述和分析.主要对局部地形几何形状,入射波的入射角度、频率,震源相对位置及震源深度等因素对地形效应影响的国内外研究现状进行了综述.同时,介绍了地震数值模拟在地震动地形效应研究中的应用,并对进一步研究提出了一些建议.

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局部地形几何形状 震源特性 地震数值模拟 地形效应

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