[论文解读] Site-City Interaction through Modifications of Site Effects

Jean‐François Semblat, Marc Kham+3 more|ArXiv.org|Aug 19, 2009

Coastal and Marine Dynamics参考文献 3被引用 6

一句话总结

本研究探讨密集建筑区域中城市结构如何改变地震场地效应，通过数值模拟表明，场地-城市相互作用显著改变了地基运动的放大频率和空间分布，特别是在表层土体共振时，导致与自由场条件明显不同的城市场域放大模式。关键发现是城市结构可改变最大放大的频率和位置，挑战了传统地震风险评估中忽略城市形态的做法。

ABSTRACT

The analysis of seismic site effects generally disregards the influence of surface structures on the free field motion in densely urbanized areas. This paper aims at investigating this particular problem called site-city interaction especially by comparison to the "free-field" amplification process. Several evidences (experimental, analytical, numerical) of the site-city interaction phenomenon have been given in previous work (Guéguen, Bard, Semblat 2000). The influence of site city-interaction could be large for structures having eigenfrequencies close to that of the surface soil layers. Furthermore, the density of structures is also an important governing parameter of the problem. Considering a specific site (Nice, France) where site-city interaction is supposed to be significant, we start from detailed experimental and numerical studies of seismic site effects giving both amplification levels and occuring frequencies, as well as the location of the maximum amplification areas. The influence of site-city interaction is then investigated through various numerical models considering the boundary element method. The effect of surface structures with variable urban densities is analysed to estimate the contribution of overall site-city interaction on surface motion distribution. The main goal of the paper is to estimate the influence of site-city interaction not only on amplification levels (the influence can be small), but also on the modification of both main amplification frequencies and location of the maximum amplification areas. The main conclusion of this work is to show the modifications of the free-field amplification due to site-city interaction and leading to a specific urban field amplification.

研究动机与目标

• 调查城市结构对密集人口区域地震场地效应的影响。
• 评估场地-城市相互作用如何改变地基运动的放大水平、频率和空间分布。
• 将城市场域放大与传统的自由场场地响应模型进行比较。
• 评估城市密度和结构配置在改变地震响应模式中的作用。
• 提出一种框架，通过考虑城市结构相互作用，改进城市环境中的地震风险评估。

提出的方法

• 使用边界元法（BEM）进行数值模拟，以模拟城市化冲积场地中的地震波传播。
• 模拟不同城市密度和结构配置，分析其对场地效应的影响。
• 利用法国尼斯的详细场地特定数据校准和验证数值模型。
• 将自由场条件下的结果与包含城市结构的模拟结果进行比较，以分离场地-城市相互作用的影响。
• 分析两种情景下地基运动的放大水平、主导频率和空间模式。
• 采用先前研究（Guéguen et al., 2000）的实验和分析数据作为模型验证的基准。

实验结果

研究问题

• RQ1 城市结构的存在如何改变地震场地中观察到的主导放大频率？
• RQ2 与自由场条件相比，场地-城市相互作用在多大程度上改变了最大地基运动放大的空间位置？
• RQ3 城市密度在多大程度上影响由于城市结构相互作用而引起的场地效应改变？
• RQ4 城市环境中的放大水平与经典自由场场地响应模型预测的有何不同？
• RQ5 场地-城市相互作用对形成独特城市场域放大模式的整体贡献是什么？

主要发现

• 场地-城市相互作用导致主导放大频率发生显著变化，尤其当结构自振频率与表层土层共振频率对齐时。
• 城市结构系统性地改变了最大放大的位置，通常使最大值偏离自由场最大值。
• 城市密度在放大场地-城市相互作用效应中起关键作用，密度越高，运动分布的变化越显著。
• 尽管由于场地-城市相互作用导致的放大水平可能不会显著增加，但放大的频率和空间特征被显著改变。
• 本研究证实存在一种与自由场场地响应根本不同的独特“城市场域放大”模式，因此需要修订地震风险模型。
• 数值模型表明，忽略城市结构会导致城市化冲积盆地中地震风险预测不准确。