【技术实现步骤摘要】
一种海底近断层地震动的拟合方法
本专利技术涉及近断层地震动评估领域，特别是一种海底近断层地震动的拟合方法。
技术介绍
近断层地震动特性的研究表明，近断层地震动具有区别于远场地震动的两个显著特征：一个是速度时程包含长周期、大峰值的脉冲；另一个是位移时程中可能包含永久地面位移引起的阶跃型脉冲。因此，位于近断层附近的结构会产生更为严重的地震破坏。由于目前已有的近断层地震动记录十分有限，为解决近断层地震动记录十分有限的问题，有关学者提出近断层地震动的拟合方法，基本思路为：高频成分的加速度时程与低频成分的脉冲成分进行叠加。以上人工近断层地震动拟合方法的出现，使得工程师能更准确地评估位于近断层附近的建筑结构的抗震性能，避免了以往仅以远场地震动来评估抗震性能而带来的危险低估。然而，已有的近断层地震动拟合方法是基于陆地场地近断层地震动记录而提出的拟合方法。由于海水层的存在，处于海域环境的地震传播规律显著不同于陆地场地：(1)海水层不仅会直接影响地震波在近海场地中的传播；(2)海水层还会增大近海场地土层的饱和度和孔隙水压力，进...
【技术保护点】
1.一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：计算近海场地的地震动传递函数H(ω)；/n步骤S2：拟合海底地震动的高频成分，得到近海域近断层地震动的高频加速度时程分量a
【技术特征摘要】
1.一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：计算近海场地的地震动传递函数H(ω)；
步骤S2：拟合海底地震动的高频成分，得到近海域近断层地震动的高频加速度时程分量a3(t)；
步骤S3：拟合海底地震动的低频脉冲成分，得到地震动的低频脉冲型加速度时程a5(t)；
步骤S4：将高频加速度时程分量a3(t)与低频脉冲型加速度时程a5(t)叠加，得到海底近断层地震动。
2.根据权利要求1所述的一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：求基岩的动力刚度矩阵[SR]；
步骤S12：求海底土层的动力刚度矩阵[SL]；
步骤S13：求海水层的动力刚度矩阵[SW]；
步骤S14：通过海水层动力刚度矩阵[SW]、海底土层动力刚度矩阵[SL]和基岩动力刚度矩阵[SR]组合得到海底场地的动力刚度矩阵；通过场地的动力刚度矩阵、场地位移向量和场地荷载向量确定场地动力平衡方程，求解方程得到海底层底部位移和基岩自由表面处位移之比即近海场地传递函数H(ω)。
3.根据权利要求2所述的一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：所述步骤S11具体包括以下内容：
根据场地中基岩的参数取值，计算基岩中地震波的传播速度；基岩中S波的传播速度表示为：
式中，G为基岩的剪切模量，ρ为基岩的密度；
基岩中P波的传播速度表示为：
式中，G为基岩的剪切模量，ρ为基岩的密度，υ为基岩的泊松比；
考虑了迟滞阻尼的S波波速计算公式如下：
式中，Vp为S波波速，ξ为阻尼比；
考虑了迟滞阻尼的P波波速计算公式如下：
式中，Vp为P波波速，ξ为阻尼比；
提供基岩中P波的入射角度，则通过相位速度的计算公式计算出相位速度；确定了相位速度，通过相位速度的计算公式陆续推导出其他介质中不同地震波的入射角度；
相位速度的计算公式如下：
式中，c为相位速度；和分别为考虑了迟滞阻尼的P波和S波的波速；lx和mx分别为P波和S波入射角度的余弦值；上标W、L和R分别表示海水层、海底土层和基岩；
利用相位速度、基岩中地震波传播速度和基岩的参数取值，得到基岩的动力刚度矩阵；
平面外SH波作用下基岩的动力刚度矩阵如下：
式中,GR为基岩剪切模量，ξR为基岩阻尼比，tR为平面外SH波在基岩处入射角度的正切值，ω为角频率，c为相位速度；
平面内P波和SV波作用下基岩的动力刚度矩阵如下：
其中，
式中，为考虑了迟滞阻尼的基岩剪切模量，t'R为平面内SV波在基岩处入射角度的正切值，s'R为平面内P波在基岩处入射角度的正切值，ω为角频率，c为相位速度。
4.根据权利要求2所述的一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：所述步骤S12具体包括以下内容：
通过近海场地的海底土层饱和度计算含水土体的泊松比，含水土体的泊松比表达式如下：
式中，υ'、G分别为土骨架的泊松比和剪切模量，α、M分别为与土颗粒和孔隙流体压缩性相关的系数，通过土体孔隙率n和土体饱和度Sr计算；
用含水土体泊松比计算海底土层P波传播速度，海底土层P波传播速度表达式如下：
式中，G为土骨架的剪切模量，α、M分别为与土颗粒和孔隙流体压缩性相关的系数，λ为土骨架的拉梅常数，ρ＝(1-n)ρs+nρf为含水土体的密度，ρs和ρf分别为土颗粒和孔隙流体的密度；
根据场地中海底土层的参数取值，计算海底土层中S波的传播速度，S波波速计算公式表示为：
式中，G为土骨架的剪切模量，ρ为含水土体的密度；
考虑了迟滞阻尼的S波波速计算公式如下：
式中，Vp为S波波速，ξ为阻尼比；
考虑了迟滞阻尼的P波波速计算公式如下：
式中，Vp为P波波速，ξ为阻尼比；
通过相位速度计算公式，求出各自的入射角；相位速度的计算公式如下：
式中，c为相位速度；和分别为考虑了迟滞阻尼的P波和S波的波速；lx和mx分别为P波和S波入射角度的余弦值；上标W、L和R分别表示海水层、海底土层和基岩；
利用海底土层中地震波的入射角和海底土层的参数取值，得出海底土层的动力刚度矩阵。某一土层的动力刚度矩阵如下：
其中，每一个kL与角频率、相位速度、地震波入射角度及场地参数相关；
将每一个土层的动力刚度矩阵组合得到海底整个土层的动力刚度矩阵。
5.根据权利要求2所述的一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：所述步骤S13具体包括以下内容：根据海水层的参数取值计算海水层中P波传播速度，海水层中P波传播速度表达式为：
式中，K为海水体积模量，ρ为海水密度；
通过公式求得的相位速度求出海水层P波入射角，式中，c为相位速度；和分别为考虑了迟滞阻尼的P波和S波的波速；lx和mx分别为P波和S波入射角度的余弦值；上标W、L和R分别表示海水层、海底土层和基岩；
再结合海水层深度和海水层阻尼比，得出海水层的动力刚度矩阵，见公式(20)。
其中，每一个kW与角频率、相位速度、地震波入射角度及地震波传播速度、海水层剪切模量、海水层厚度、海水层阻尼比等参数相关。
6.根据权利要求2所述的一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：所述步骤S14具体包括以下内容：
在平面内P波和SV波共同作用下的场地动力平衡方程表示为：
[SP-SV]{uP-SV}＝{PP-SV}(21.1)
式中，[SP-SV]为海底场地平面内方向的动力刚度矩阵，{uP-SV}为P波和SV波共同作用下的场地位移，{PP-SV}为...
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