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基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟
被引量：
6
1
作者
巴振宁
赵靖轩
+2 位作者
张郁山
梁建文
张玉洁
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期1125-1138,共14页
基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发...
基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.
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关键词
宽频
地震动
运动学混合震源模型
确定性
物理模型
地震动
模拟
谱元法
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职称材料
基于改进四阶辛-谱元的三维宽频带地震动数值模拟方法
2
作者
巴振宁
寇阔
+1 位作者
赵靖轩
张郁山
《力学学报》
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.
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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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职称材料
题名
基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟
被引量：
6
1
作者
巴振宁
赵靖轩
张郁山
梁建文
张玉洁
机构
天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室
天津大学土木工程系
中国地震灾害防御中心
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期1125-1138,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(52178495)
中南大学前沿交叉研究项目(2023QYJC006)共同资助。
文摘
基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.
关键词
宽频
地震动
运动学混合震源模型
确定性
物理模型
地震动
模拟
谱元法
Keywords
Broadband ground motion
Hybrid kinematic source model
Deterministic physical ground motion simulation
Spectral element method
分类号
P315 [天文地球—地震学]
TU43 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
基于改进四阶辛-谱元的三维宽频带地震动数值模拟方法
2
作者
巴振宁
寇阔
赵靖轩
张郁山
机构
天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室
出处
《力学学报》
2025年第9期2192-2208,共17页
基金
国家自然科学基金项目(52578600).
文摘
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.
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
Keywords
spectral element method
symplectic method
broadband simulation
deterministic ground motion simulation
explicit time integration algorithm
分类号
P315.9 [天文地球]
O302 [天文地球—地震学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟
巴振宁
赵靖轩
张郁山
梁建文
张玉洁
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
6
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职称材料
2
基于改进四阶辛-谱元的三维宽频带地震动数值模拟方法
巴振宁
寇阔
赵靖轩
张郁山
《力学学报》
2025
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职称材料
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