局部凹陷地形对爆炸地震波传播规律影响的研究

李万涛 赵 源自文库等：局部凹陷地形对爆炸地震波传播规律影响的研究 ２０１９年 ９月第 ９期
有高度的一致性，从而验证了该方法的有效性。唐 海等人［８］就 地 形 地 貌 对 爆 破 地 震 波 传 播 的 影 响 分 别进行了实验研究和数值模拟研究，其结果表明：凹 形地貌对爆破振动波具有衰减效应，其衰减系数不 仅与其宽度和深度有关，还与最大段药量和爆源距 有关；凸形地貌不仅对爆破振动波具有放大效应，而 且放大效应具有方向性，振动速度垂直向较水平向 放大效应明显；凸形地貌对振动波的放大系数随相 对高程增大而增大，而随爆源比例距离增大而减小。
（ＨｅｂｅｉＩｒｏｎＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＭｉｎｉｎｇＣｏｍｐａｎｙＳｉｊｉａｙｉｎｇＮｏｒｔｈＢｒａｎｃｈ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｏｃａｌｓａｇｔｅｒｒａｉｎｏｎｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｅｉｓ ｍｉｃｗａｖｅｓ，ｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｓｉｎｓｑｕａｒｅ，ＶｓｈａｐｅｄａｎｄＵｓｈａｐｅｄ ｔｅｒｒａｉｎｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙ ｆｏｕｎｄｔｈａｔｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｐｅａｋｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｉｓＶｘ＞Ｖｙ＞Ｖｚ； ｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｔｈｅｓａｍｅＨａｎｄＷ，ｔｈｅＵｓｈａｐｅｄｔｅｒｒａｉｎｈａｓｔｈｅｂｅｓｔｄａｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔ；Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ ｗｉｄｔｈａｎｄｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｒｅａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｌｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅ ｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＶｓｈａｐｅｄａｎｄＵｓｈａｐｅｄｔｅｒｒａｉｎｓ，ｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｖｅｓｔｏｗａｒｄｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅ ｑｕｅｎｃｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｖｅｓｔｏｗａｒｄｔｈｅｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｔｈｅｓｑｕａｒｅ ｔｅｒｒａｉｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｓａｇｔｅｒｒａｉｎ，Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｐｅａｋｐａｒｔｉｃｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙ
关键词 凹陷地形 爆炸地震波 数值模拟 质点速度峰值 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４６０８２．２０１９．０９．０１６
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅＬｏｃａｌＳａｇＴｅｒｒａｉｎｏｎｔｈｅＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆＥｘｐｌｏｓｉｏｎＳｅｉｓｍｉｃＷａｖｅｓ ＬｉＷａｎｔａｏ ＺｈａｏＫａｉ ＸｕＣｈｅｎｇｙａｎ ＬｉＨｏｎｇｇａｎｇ
上述研究均是在较为简单的地震波加载模型 （Ｐ波，ＳＶ波，Ｓ波等）下，并且大多是在二维介质中 研究地震波传播过程中的地形效应，这与实际似乎 有 些 不 符。 正 如 Ｓｐｕｄｉｃｈ［９］ 通 过 分 析 Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ的强 震 记 录，发 现 垂 直 于 山 脊 轴 线 方 向 的强烈的震动，其强度大大超过了二维模型的计算 值 ，由 此 作 者 推 测 这 是 由 三 维 的 地 形 所 导 致 的 。该
在许多实际地震中，已经观测到工程场地地表 地形对地震动产生的影响，即地形效应。复杂的地 形地貌会对地震动特性即持时、振幅和频率造成很 大影响，甚至可能导致坐落在其上的结构物遭受重 大破坏［１］。针对地震波传播过程中的地形效应，国 内外学者进行了大量理论研究、实验研究和数值模 拟，得出 了 许 多 具 有 工 程 指 导 意 义 的 结 论。 例 如， Ｂｏｕｃｈｏｎ［２］分别研究了 Ｐ、ＳＨ和 ＳＶ波以不同角度入 射到二维山脊和峡谷形态的地形效应，并指出地震 波作用下地表位移受到地表不规则地形的巨大影 响。Ｂａｒｄ［３］设定了一个正弦形态的 山 脊，并 用 ＳＨ 作为入射波，发现向前传播的散射波振幅会随入射
李万涛（１９９０—），男，工程师，０６３７０１河北省滦州市。
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角度的增加而增大。Ｂｏｕｃｋｏｖａｌａｓ［４］采用数值模拟的 方法研究了边坡在 ＳＶ波作用下的地震效应，指出 了台阶地形可能导致邻近边坡顶部的测点具有放大 或减小效应，尤其是在高频激励下这种效应更为明 显。Ｎｇｕｙｅｎ［５］采用 ２Ｄ边界元法研究了几种具有代 表性的地形（边坡，峡谷，山脊）对地震波的影响，发 现局部地形对地面振动具有较大影响。Ｄｕｃｅｌｌｉｅｒ［６］ 采用有限差分法 （ＦＤＭ）与 有 限 元 法 （ＦＥＭ）相 结 合 的方法 ＳＨ波和 ＰＳＶ波在 ２Ｄ弹性介质中的传播规 律，指出当研究地震波的场地地形效应时除了考虑 局部地形的影响外，周围地形的影响也一定要考虑 进去。Ｋｈｏｄａｋａｒａｍｉ［７］运 用 解 耦 方 程 法 （ＤＥＭ）研 究 了具有不规则表面的 ２Ｄ半无限介质中地震波的传 播规律，指出采用该方法得出的数值解与解析解具
ＳｅｒｉａｌＮｏ．６０５ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２０１９
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总 第 ６０５期 ２０１９年 ９月第 ９期
局部凹陷地形对爆炸地震波传播规律影响的研究
李万涛 赵 凯 徐成岩 李红刚
（河钢集团矿业公司司家营北区分公司）
摘 要 为探索局部凹陷地形对爆炸地震波传播规律的影响，采用三维有限元数值模拟方法， 研究了方形、Ｖ形和 Ｕ形等凹陷地形下爆炸地震波的传播特征。研究发现：对于同一地形，测点的 各向速度峰值大小顺序为 Ｖｘ＞Ｖｙ＞Ｖｚ；在 Ｈ和 Ｗ分别相同的情况下，Ｕ形地形的减震效果最好；不 同局部地形对爆破振动的频域宽度及优势频率均有影响，地震波经过 Ｖ形和 Ｕ形地形后，优势频 率向高频方向移动，经方形沟槽后优势频率向低频方向移动。