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基于改进四阶辛-谱元的三维宽频带地震动数值模拟方法
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作者 巴振宁 寇阔 +1 位作者 赵靖轩 张郁山 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2192-2208,共17页
基于确定性物理模型的震源-传播-场地全过程地震动模拟是目前地震工程的重要研究方向,然而随着模拟频率的不断提高,对目前数值模拟方法中显式时间积分算法的计算精度和效率提出了双重挑战.文章提出了一种融合四阶PEFRL(position extende... 基于确定性物理模型的震源-传播-场地全过程地震动模拟是目前地震工程的重要研究方向,然而随着模拟频率的不断提高,对目前数值模拟方法中显式时间积分算法的计算精度和效率提出了双重挑战.文章提出了一种融合四阶PEFRL(position extended Forest-Ruth like)辛积分与谱元法(spectral element method,SEM)的三维高效数值模拟方法,旨在突破现有SEM中在宽频带模拟中精度、稳定性和效率上的瓶颈问题.其中,PEFRL算法通过优化传统Forest-Ruth算法的步进策略,将加速度求解次数由5次降至4次,并采用位移-速度交替更新机制,能够有限降低内存需求与计算成本.将提出的方法针对均匀、多层与盆地半空间模型,分别与二阶的Newmark和四阶的Runge-Kutta时间积分算法计算的结果进行对比.数值实验表明,随着模型复杂和模拟频率的上升,改进后的PEFRL-SEM方法精度提升效果愈加显著.针对半空间模型、多层介质模型与盆地模型模拟的时程结果相位相对误差分别降低16.7%,20.7%和21.3%,能量相对误差分别降低20.6%,22.3%和24.7%;针对10 Hz半空间模型模拟工况,相位相对误差和能量相对误差分别降低55.4%和36.3%,计算效率较LDDRK算法最高可提升约33%.进一步,将该方法成功应用于1994年北岭MW6.7地震的三维宽频带(0~10 Hz)地震动模拟,模拟结果与观测记录在振幅及频谱特征上均表现出良好一致性.该方法有效解决了宽频带地震动场模拟的稳定性与计算效率的问题,显著提升了宽频带强地震动场模拟在地震工程领域的实用性,为区域地震危险性分析与工程抗震评估提供了一种高精度、高效率宽频带地震动模拟方法. 展开更多
关键词 谱元法 辛方法 宽频带模拟 确定性地震动模拟 显式时间积分算法
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唐山大地震近场宽频带地震动模拟 被引量:8
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作者 刘启方 李雪强 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2011年第5期1-7,共7页
基于唐山地区大量的钻孔和波速测量等资料以及京津唐地区地壳结构模型,建立了唐山地区三维地下速度结构模型。利用宽频带地震动模拟方法模拟了1976年唐山大地震的近场地震动,给出了极震区加速度时程和反应谱,并与烈度分布以及其他研究... 基于唐山地区大量的钻孔和波速测量等资料以及京津唐地区地壳结构模型,建立了唐山地区三维地下速度结构模型。利用宽频带地震动模拟方法模拟了1976年唐山大地震的近场地震动,给出了极震区加速度时程和反应谱,并与烈度分布以及其他研究结果进行比对,本研究可为唐山市防震减灾提供参考。 展开更多
关键词 1976唐山地震 频带地震动模拟 并行计算 烈度
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数字岩心宽频带动态应力应变模拟方法及其对含裂隙致密岩石频散和衰减特征的表征 被引量:8
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作者 朱伟 赵峦啸 王一戎 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2086-2096,共11页
利用数字岩石物理技术表征复杂非均质多孔岩石跨频段的频散和衰减特征对于综合利用多尺度的地球物理数据进行地层非均质性的刻画具有重要的意义.现有的描述波致流体流动引起的频散和衰减效应的数字岩心动态应力应变模拟方法主要为单频... 利用数字岩石物理技术表征复杂非均质多孔岩石跨频段的频散和衰减特征对于综合利用多尺度的地球物理数据进行地层非均质性的刻画具有重要的意义.现有的描述波致流体流动引起的频散和衰减效应的数字岩心动态应力应变模拟方法主要为单频率模拟方法,需要在不同的频率进行多次模拟才能刻画频散和衰减特征.本文提出了宽频带动态应力应变模拟方法,通过给数字岩心加载一个快速趋于恒定的宏观应变,采用波场正演技术求解数字岩心内部流固耦合的应变场和应力场,模拟数字岩心内部的应力松弛过程,从而通过一次模拟计算目标频段范围内连续的频散和衰减曲线.该方法可以成功地用于刻画含裂隙致密岩石挤喷流效应引起的速度频散和衰减特征,并通过数值模拟较为系统地揭示致密地层中控制挤喷流效应的主控物理因素,这些认识也与现有挤喷流效应的理论模型有较好的吻合. 展开更多
关键词 数字岩心 频带动态应力应变模拟 频散 衰减 挤喷流
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GP断层破裂模型在青海门源M_(S)6.9地震强地面运动模拟的适用性研究
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作者 罗超 曹晓雨 +3 位作者 高阳 徐飞 冯怀平 王昊 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期534-547,共14页
2022年1月8日青海省门源县发生M_(S)6.9地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为验证Graves和Pitarka开发的GP断层破裂模型在震前对中国地区地震动场的预测与评估能力,本文基于GP法,考虑不同上升时间系数(rc)的影响,对门源地震进行了确定性... 2022年1月8日青海省门源县发生M_(S)6.9地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为验证Graves和Pitarka开发的GP断层破裂模型在震前对中国地区地震动场的预测与评估能力,本文基于GP法,考虑不同上升时间系数(rc)的影响,对门源地震进行了确定性地震动模拟.将模拟结果在地震动衰减规律、波形与幅值和烈度分布三个方面分别与青藏地区的地震动峰值预测方程、强震观测记录和根据强震记录自动产出的烈度图进行了对比.结果表明,当rc为9.0时,模拟记录与实测记录和地震动峰值预测方程基本一致.本文较好的重现了门源地震的强震动场,在合理选取rc的情况下,GP法可以应用于中国地区震前强地震动场的预测和估计. 展开更多
关键词 门源M_(S)6.9地震 GP断层破裂模型 强地面运动 上升时间系数 频带地震动模拟
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