礁海水系统地震波动输入流程岛礁海水耦合系统有限元模型基于以上数值模拟方法，建立如图所示的局部成层的岛礁海水系统有限元模型，其中，固体与流体介质分别采用通用有限元软件的和单元建模，通过耦合交界面处流固节点的法向自由度以模拟海水与礁体的动力相互作用。

分别在流体域和固体域的近场在选取固体介质人工边界时应考虑两点需求吸收外行散射波和可将地震动由截断边界输入至计算系统内部。

致粘弹性人工边界单元由于隶属于应力型人工边界条件，并且具有空间解耦的特性，适用于大型复杂场地地震反应问题的建模分析。

本文将该人工边界单元施加于岛礁海水系统中半无限海床的近场截断边界处，以模拟其波动辐射效应。

地震波动输入方法在岛礁场地地震反应问题中，对近场域的截取和对截断边界的处理直接影响地震波的输入过程。

目前实现地震波动有效输入的方法般是将入射地震波转化为等效输入地震荷载，从而将地震能量输入至近场计算域，且不影响人工边界对于散射波场的吸收。

典型的波动输入方法包括域缩减法，和波动法但以上两种方法普遍需要求解运动方程以得到等效输入地震荷载，同时还需人工确定不同截断面上荷载的作用方向以及人工边界节点代表的单中波垂直入射下岛礁顶部水平位移和速度峰值相比于水平成层场地放大可达倍左右，而脉冲波输入下的礁顶中部水平位移峰值放大系数和波入射下的礁顶水平速度峰值放大系数均接近。

与之相比，不同地震荷载作用下礁顶水平加速度峰值放大系数的空间分布规律较为致见图，均呈现由礁顶中部至角点逐渐增大的趋势，其中中点附近加速度峰值放大系数基本分布于，角点附近介于。

竖直方向上，位移速度和加速度峰值放大系数均由中点至角点逐渐增大，最大值般不超过。

由以上岛礁场地相比于陆域水平成层场地的地震反应峰值放大系数的空间分布可见，在岛礁地形和海水动力耦合效应的共同作用下，岛礁场地呈现于陆域场地迥然不同的地震反应规律整体而言，岛礁场地的地震反应大于同等条件下的水平成层场地，这趋势在岛礁礁坪边缘处更为明显，局部成层的岛礁海水系统地震反应分析地质工作论文析直接获得等效输入地震荷载，在保证计算精度的基础上极大地简化了实施过程，本文利用该地震波动输入方法实现岛礁海水系统的波动输入，计算流程如图所示，实施步骤如下步骤建立岛礁海水系统有限元模型，删去除与人工边界节点相连单元以外的所有单元，得到对应的人工边界子结构模型。

步骤对于任给定的地震动时程，可根据行波理论进行自由场分析，获得自由波场，其中岛礁海水系统对应的自由场模型为上覆海水层的半空间模型。

对人工边界子结构模型除最外层固定节点外的所有节点分别施加相对应的自由波场位移时程，并对该子结构模型进行动力分析，求得人工边界节点的反力，即为实现地震波动输入的等效输入地震荷载。

值得注意的是，自由场分析天然地考虑了输入波场的空间分布特性，因而不同人工边界节点上的自由场运动和等效输入地震荷载各不相同，为便捷准确地完成自系统地震反应分析模型的建立。

图岛礁海水系统计算模型研究显示，南海岛礁的松散珊瑚砂层相对较薄，且在珊瑚砂层下均为硬质珊瑚礁灰岩。

本文重点关注岛礁海水系统中的波动传播和岛礁基岩场地的地震动场分布情况，因而可忽略顶部珊瑚砂层的影响。

基于文献报道的南海岛礁地质特征及礁灰岩波速的纵向分布情况，确定如表所示的局部成层岛礁场地的地形与材料参数。

需要说明的是，对于波动问题的数值模拟，离散化网格的大小需满足以下条件以保证模拟精度∼∼式中为介质中的最小波速为波动模拟的截止频率。

图流体介质人工边界条件固体介质人工边界条件针对岛礁场地的地震反应问题，在选取固体介质人工边界时应考虑两点需求吸收外行散射波和可将地震动由截断边界输入至计算系统内部。

致粘弹性人工边界的几何特征紧密相关，因而难以通过将陆域斜坡平台场地地震动场分布与经验性质的缩减系数相乘得到岛礁场地地震反应。

对于重要的岛礁工程场地，有必要进行可反映其真实力学特征的岛礁海水耦合动力分析。

结论本文建立了局部成层的维岛礁海水系统地震反应分析模型，通过与陆域工程场地的对比研究，分析岛礁场地的地震动场分布特征，得到以下结论与水平成层场地相比，岛礁场地的地震幅值放大作用更为显著，且后续波动更为复杂，波动衰减更为缓慢，这趋势在岛礁礁坪边缘处更为明显。

通过频域地震反应分析，进步验证了以上结论，因而采用维土层地震反应分析严重低估了岛礁场地的地震反应，难以全面地刻画岛礁场地真实的地震动场分布特征。

步骤将步骤获得的等效输入地震荷载施加于岛礁海水系统有限元模型中相应的人工边界节点，即完成了岛礁场地的地震波动输入，进而可通海水介质对岛礁场地地震反应的影响上文将岛礁海水系统与水平成层平坦场地的差别总结为两点，即岛礁地形和海水的动力耦合作用，并进行了岛礁场地与陆域水平成层场地地震反应的对比分析。

结果证明，两者存在显著差异，因而难以通过维土层地震反应得到岛礁场地的地震反应规律与特征。

本节在水平成层场地的基础上，进步考虑岛礁地形的影响，此时问题转化为斜坡平台地形的地震反应分析，在相同几何与材料参数的情况下，其与岛礁海水系统的差异仅为是否考虑海水的动力耦合作用。

针对斜坡平台地形的地震动场分布，科研工作者在理论推导，和数值模拟方面均积累了较为充分的研究成果。

为验证是否可将以上研究成果应用于岛礁场地的地震动参数选取和地震安全性评价，需比较岛礁场地和与之对应的斜坡平台场地的地震反应特性和地震动场分布规律，即分析海水介质对岛礁场地地震度峰值放大系数的空间平均值。

与顶层礁体坡度相比，中底层礁体坡度对岛礁场地地震反应的影响更为显著。

整体而言，当坡度由增至，礁顶加速度峰值放大系数呈增大趋势，其中脉冲波作用下加速度峰值放大系数的空间均值的增幅约为，实际地震记录作用下增幅介于。

对于岛礁局部区域，在角点附近当坡度为时加速度峰值放大系数较大而在中点附近，坡度为时场地地震反应更为显著。

礁坪宽度影响受洋流潮汐等因素影响，南海岛礁水平截面多呈狭长的椭圆形，在岛礁不同位臵处截取的维剖面模型具有不同的礁坪宽度。

为研究礁坪宽度对场地地震反应的影响，保持表中其他参数不变，令礁顶宽度分别为和。

比较不同模型计算得到的岛礁顶部水平加速度峰值放大系数的空间分布，结果如图所示。

图顶层礁体坡度对岛礁场地地达。

向海坡坡度和礁坪宽度等地形因素及海水的动力耦合作用均对岛礁场地的地震反应有显著影响，采用维土层和斜坡平台场地地震反应分析难以全面地刻画岛礁场地真实的地震动场分布特征。

对于重要的岛礁工程场地，有必要进行可反映其真实力学特征的岛礁海水耦合动力分析。

关键词人工边界地震波动输入场地地震反应岛礁流固耦合随着技术进步和经济发展，人类对海洋的开发和利用已进入新的阶段。

远海岛礁是开发海洋资源的重要基地，我国远海岛礁主要位于南海，地处环太平洋地震带西侧，是灾害频发的脆弱地带，尽管国内外针对岛礁建设问题已加大了研究力度，但关于岛礁场地地震反应和关键抗震设计参数等方面的报道并不多见。

以往有关场地地震反应的研究多针对陆域工程场地，在观测数据，分析方法，和反应机理与规律等方面均积累了较为丰富的研究资料。

将陆域工程场更为显著。

礁坪宽度影响受洋流潮汐等因素影响，南海岛礁水平截面多呈狭长的椭圆形，在岛礁不同位臵处截取的维剖面模型具有不同的礁坪宽度。

为研究礁坪宽度对场地地震反应的影响，保持表中其他参数不变，令礁顶宽度分别为和。

比较不同模型计算得到的岛礁顶部水平加速度峰值放大系数的空间分布，结果如图所示。

图顶层礁体坡度对岛礁场地地震反应的影响图中底层礁体坡度对岛礁场地地震反应的影响当礁顶宽度改变时，角点附近的加速度峰值放大系数变化不大，而中点附近在脉冲波入射和实际地震波入射情况下呈现不同的发展趋势脉冲波入射下，中点附近的加速度峰值放大系数随礁顶宽度变化几乎保持不变，且均分布于附近而在实际地震波作用下，随着礁顶宽度的减小，中点附近加速度峰值放大系数呈明显的增大趋势。

这是由于两侧斜坡引起的散射波中包含向岛礁中起到了阻尼作用。

该阻尼按其作用机理可分为两部分，分别为液体阻尼和无限海水层的波动辐射阻尼。

但需要强调的是，海水的动力耦合作用对不同地震波入射下岛礁场地不同测点地震反应的影响存在明显差异，这与入射波的频谱性质和岛礁的几何特征紧密相关，因而难以通过将陆域斜坡平台场地地震动场分布与经验性质的缩减系数相乘得到岛礁场地地震反应。

对于重要的岛礁工程场地，有必要进行可反映其真实力学特征的岛礁海水耦合动力分析。

结论本文建立了局部成层的维岛礁海水系统地震反应分析模型，通过与陆域工程场地的对比研究，分析岛礁场地的地震动场分布特征，得到以下结论与水平成层场地相比，岛礁场地的地震幅值放大作用更为显著，且后续波动更为复杂，波动衰减更为缓慢，这趋势在岛礁礁坪边缘处更为明显。

通过频域地震反应分析，进步验证了以上结论，因而采用维土局部成层的岛礁海水系统地震反应分析地质工作论文反应的影响图中底层礁体坡度对岛礁场地地震反应的影响当礁顶宽度改变时，角点附近的加速度峰值放大系数变化不大，而中点附近在脉冲波入射和实际地震波入射情况下呈现不同的发展趋势脉冲波入射下，中点附近的加速度峰值放大系数随礁顶宽度变化几乎保持不变，且均分布于附近而在实际地震波作用下，随着礁顶宽度的减小，中点附近加速度峰值放大系数呈明显的增大趋势。

这是由于两侧斜坡引起的散射波中包含向岛礁中部传播的分量，脉冲波为单峰波，在礁顶中部，入射波峰与散射波的到时不同，两者的叠加作用有限，因而峰值地震反应基本由入射波峰控制，与水平成层场地的峰值地震反应接