[发明专利]基于有限元模型的近场强地面运动估计方法

权利要求书

1.一种基于有限元模型的近场强地面运动估计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：构建二维断层破裂面有限元模型，所述有限元模型包括用于求解破裂前的临界应力状态的静态有限元模型和用于获得地表的地震动参数的动态有限元模型；在所述静态有限元模型中初始化构造应力场，触发一地震事件；

其中所述静态有限元模型和动态有限元模型分别包括多个固体单元，多个所述固体单元组成的接触单元和预设的介质参数；

所述接触单元用于模拟断层的运动；

所述固体单元用于模拟地震动的传播；

所述介质参数取自现有的岩石物理学实验数据，包括粘聚力和动应力降；

步骤2：设置具有等效边界单元的人工边界，提取地震动参数，实现基岩地震动模拟；

步骤3：在静态有限元模型中，获取地震事件发生时断层面临界破裂状态下的初始应力状态，将得到的静态有限元模型中的初始应力状态转移至所述动态有限元模型中进行非线性分析，得到地震动加速度时程估计值。

2.根据权利要求1所述的一种近场强地面运动估计方法，其特征在于，所述地震动参数至少包括速度，位移，加速度等参数信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种近场强地面运动估计方法，其特征在于，所述步骤2中人工边界的设置如下：

采用等效一致粘弹性人工边界单元用于表示能量传播及能量的传递，采用与刚度成正比的阻尼形成等效边界单元的阻尼矩阵，设置各向同性的材料阻尼系数。

4.根据权利要求1或2所述的一种近场强地面运动估计方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

求解重力产生的应力场；

在所述静态有限元模型两端的边界上施加构造应力场；

根据库仑定律判断所述接触单元的剪应力是否达到所述接触单元的屈服强度，即判断静态有限元模型中的接触单元是否达到破裂的临界应力状态，如达到，将所述静态有限元模型的应力状态转移到所述动态有限元模型上，提供破裂的临界应力状态；则如若尚未达到，则返回步骤1，调整接触单元中动应力降的数值，直至静态有限元模型中的接触单元达到破裂的临界应力状态为止；

采用Newmark法求解非线性方程，获取地表的地震动加速度时程估计值；

利用在所述静态有限元模型中提取的介质参数，使用参数网格分析在动态有限元模型中获得的加速度时程估计值的有效性，得到模拟结果。

5.根据权利要求1或2所述的一种近场强地面运动估计方法，其特征在于，所述步骤1中的“触发一地震事件”包括：在断层破裂的起始位置触发一个动应力降，使应力值保持为定值。

6.根据权利要求4所述的一种近场强地面运动估计方法，其特征在于，所述“分析在动态有限元模型中获得的加速度时程估计值的有效性”是指通过中国地震台网获得的实际地震动观测结果与模拟结果进行一致性分析，建立经验统计公式对所述有限元模型进行定量或趋势性分析。