张秋红[1]2004年在《圆弧形沉积场地对入射平面Rayleigh波的散射解析解》文中认为沉积场地对地震波的散射会影响地表场的地震动,以及附近地面上的建筑物,因此对此类问题的求解,在理论和工程应用上都有着重要的意义。本文利用波函数展开法给出了从简单到复杂的叁种情况:单一沉积谷地、层状沉积谷地和凹陷沉积谷地对入射平面Rayleigh波散射的解析解,并对解的精度和收敛性进行了验证。关于波函数展开法,采用的是:先对自由场入射势函数求导,再利用Fourier-Bessel级数在相应的边界上展开的做法。结果表明:沉积层厚度、深宽比、沉积顺序和相对刚度等都不同程度影响着地表位移反应。沉积层的存在,会显着增加对入射Rayleigh波的放大作用,该放大作用可达无沉积相应地形情况的2倍以上;沉积顺序和相对刚度变化也会明显改变场地的动力特性。
张强[2]2005年在《圆弧形饱和沉积场地对入射平面Rayleigh波的散射解析解》文中指出沉积场地对地震波的散射会影响地表的地震动,以及附近地面上的建筑物,因此对此类问题的求解,在理论和工程应用上都有着重要的意义。本文利用波函数展开法给出了饱和沉积河谷场地对入射平面Rayleigh波散射的解析解,并对解的精度和收敛性进行了验证。关于波函数展开法,采用的是:先对自由场入射势函数求导,再利用Fourier-Bessel级数在相应的边界上展开的做法。结果表明:土层界面条件、深宽比、孔隙率等都不同程度影响着地表位移反应。沉积层的存在,会显着增加对入射Rayleigh波的放大作用,该放大作用可达无沉积相应地形情况的2倍以上;深宽比和孔隙率的变化也会明显改变场地的动力特性。
纪晓东[3]2005年在《半空间中圆形洞室对弹性波的散射》文中研究说明地下结构对地震波的传播产生的影响是地震工程学研究所关注的重要问题。这类问题的研究根据侧重的方向不同又分为两种情况,一是研究地下结构对地震波的散射对地震动产生的影响,二是研究地下结构对地震波的散射对地下结构本身产生的影响,即动应力集中问题。地下洞室对弹性波的散射问题是弹性动力学中颇为引人注目的研究课题之一。半无限空间中,对于SV波和Rayleigh波入射条件下圆形衬砌洞室对弹性波的散射影响,由于在半空间表面反射波的波形转换较为复杂,目前还没有解析解。另外,以往的研究工作都是基于半无限二维空间,对于半无限叁维空间条件下洞室的散射情况还有待于进一步的解答。本文在以往研究工作的基础上,采用Fourier-Bessel级数展开法,首先推导并给出SV波和Rayleigh波入射条件下半无限二维空间中圆形衬砌洞室的散射解析解。其次,在半无限二维空间解答的基础上,将研究推广到半无限叁维空间中,进而求解出任意入射角度下,半无限叁维空间中圆形衬砌洞室对入射P波、SV波和Rayleigh波的散射的解析解。文中分析并讨论了洞室直径、入射波长、入射角度及衬砌刚度等因素对洞室附近半空间表面位移和衬砌洞室的动应力集中的影响。研究结果表明,洞室的存在对半无限空间表面位移有重要影响,入射波的频率和衬砌刚度是影响半无限空间表面位移和衬砌洞室的动应力集中系数的两个重要因素。由于用大圆弧来模拟半空间表面在数学模型上是近似的,本文试图寻求一种数值和解析相结合的方法来克服这一不足,进而推导出半无限二维空间中圆形洞室对入射P波、SV波和Rayleigh波的散射的数值解答。文中采用了Hankel函数积分变换和Fourier-Bessel级数展开混合求解的方法。研究结果表明,新的求解方法虽然在模型上是精确的,但由于受目前振荡型函数数值积分运算精度的影响,解答的误差要大于Fourier-Bessel级数展开法。尽管如此,新方法仍然具有一定的理论价值和意义。
魏新磊[4]2008年在《叁维弹性半空间中圆弧形沉积谷地对弹性波的散射》文中认为众所周知,历史上多次地震灾害给人民的生命安全和物质财产造成了巨大的损失。通过对震后灾情的考察,局部场地地形对于地震动,即场地反应有着重大的影响。因此,局部场地反应问题,一直是地震工程学界近年来研究的热点问题之一。随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,为人们从理论分析角度对局部场地反应问题进行研究提供了许多便利条件。沉积谷地形是工程中常见的局部场地类型,对这类场地的场地反应的研究,一直倍受科研人员的关注。随着研究的不断深入,对于沉积谷地形的场地反应的研究取得了一定的成果,但在这些成果中,多数是基于二维平面假设的情况下得到的,这对于全面认识沉积谷场地对于地震波传播的影响具有一定的局限性。作为对前人研究成果的深入和补充,本文采用Fourier-Bessel级数展开技术和有限项Fourier级数展开技术,并将大圆弧假定拓展为大圆弧面假定来模拟半空间表面,从而将沉积谷地形对P波、SV波和Rayleigh波的散射的解析解,由二维拓展为叁维。为进一步认识和研究地震波对沉积谷地形场地反应的影响奠定基础。本文以上述研究工作为基础,在求得解析解的条件下,深入分析了利用级数展开法进行求解的精度问题,并从入射波的自身性质和沉积谷场地的性质出发,较为全面的分析了叁维条件下P波、SV波和Rayleigh波对沉积谷地形场地反应的影响。研究表明,沉积谷地形对于地震波的放大效应与入射波的频率和入射角度密切相关,入射波频率较高和一些特定的入射角度,沉积谷地形对地震波的放大作用会比较明显;沉积谷地形弧深变化对地震波的放大作用影响比较大,也比较复杂,在不同的入射角度下,浅弧和深弧均有可能使地表位移放大较多;沉积介质的性质对沉积谷地形场地反应影响显着,一般来说,在各入射角度下,沉积介质的刚度相对于半空间介质刚度越小时,沉积谷地形对于地震波的放大作用越明显。
印枭[5]2016年在《多层沉积谷地场地对地震波的放大效应研究》文中研究说明作为地震工程等领域中的热点研究课题,沉积谷地对地震波的放大效应在单层沉积谷地模型方面的研究已取得丰硕成果。然而,众多的地质力学因素(河流的淤积和冲刷及河道的迁移等)均会导致实际谷地中含有多个形状复杂的沉积层,而目前针对多层沉积谷场地地震效应的研究还很不完善。为此,建立更为科学合理的模型,研究层状场地中多层沉积谷地对地震波的散射有着重要的理论意义和工程指导价值。本文在以往研究工作的基础上,对已有的间接边界元方法进行改进,进而求解了层状半空间中多层沉积谷地对地震波的散射问题,其主要研究工作如下:首先,本文分别采用半空间格林函数和全空间格林函数模拟了在平面SH波入射下层状半空间开口域和闭合沉积层域的散射波场,同时通过直接刚度法求解自由波场,利用间接边界元法给出了二维层状场地中多层沉积谷地对平面SH波散射响应的频域解答;其次,本文将上述研究推广到二维平面内地震运动情况,进而求解层状场地中任意多层沉积谷地对入射P波、SV波和Rayleigh波的散射问题。同时,文中以正常沉积、软夹层沉积和逆序沉积为例进行了数值计算,着重研究分析了沉积层序对谷地附近地面地震反应的影响。研究表明,位于沉积底部的低波速沉积层对高频地震动有很好的“隔振效果”;沉积层序对地面运动的固有频率和卓越频率均有显着影响;沉积序列的改变会导致沉积动力特性的改变,进而会影响到沉积谷地与层状场地的动力相互作用机制;基岩上单一土层在一定程度上反映了层状场地的动力特性,土层的存在改变了各沉积层内部及沉积层之间散射波、反射波及透射波之间的相互干涉形式,使得基岩上单一土层中多层沉积位移幅值分布更为复杂。
张家明, 徐则民, 田林, 裴银鸽[6]2012年在《局部地形下入射波散射效应对地震动影响解析解研究进展》文中研究说明局部地形条件对地震动放大有显着影响,解析法和数值法均可研究该问题,而解析法可以分析问题的物理本质和检验数值法的精度。将局部地形分为无盖层凹陷地形、有盖层凹陷地形(沉积谷地)、凸起地形和复合地形;分别综述了国内外关于各种局部地形对地震动影响的解析解研究成果。从以下4个方面分析和讨论当前研究成果:①研究方法;②计算介质模型;③各局部地形研究水平的不均衡;④研究存在不足之处。提出了未来发展方向:未来该领域应加强研究局部地形对Rayleigh波地震动响应规律,开展局部地形对多种波耦合入射下的地震动响应规律的研究,运用非线性波动理论研究局部地形对地震动的影响和开展叁维非线性地震动数值模拟研究。
黄磊[7]2016年在《复杂局部场地对地震波的散射间接边界积分方程-有限元耦合分析》文中研究说明以往多次震害调查表明,局部场地对地震波的传播特性具有重要的影响,局部复杂的地形或材质对地震作用具有显着的放大或减弱效应,局部场地对地震波动的散射影响的研究,一直是土动力学、地震学、地震工程学等众多领域的热门课题。针对任意复杂局部场地对地震波的散射问题,发展了一种有限元-间接边界积分方程耦合方法(FEM-IBIEM)。同域离散方法相比,在弹性波动问题的精确求解方面,边界元法优势在于:无需引入人工边界,自动满足无限远Sommerfeld辐射条件;降低问题求解维数,对于叁维问题能大幅度减少计算自由度;不存在高频数值弥散等问题。有限元法可方便处理近地表复杂场地的几何、材料特征。沉积河谷对地震动具有显着的放大效应,而软夹层的存在对其放大程度具有较大影响。采用一种高精度有限元-间接边界积分方程耦合方法,对P、SV和Rayleigh波入射下含软夹层层状沉积谷地地震响应进行计算分析。分析表明,软夹层的影响规律依赖于入射波的波型、频率和角度、软夹层的厚度和埋深等因素。整体上看,对于地表位移,较低频率地震波入射下,软夹层的放大效应比较明显,且较厚夹层在浅埋情况下的放大作用更为显着;对高频波入射则主要表现为减震效应。对于地表加速度,软夹层主要表现出降幅作用,降低幅度可达30%。另外,总体上软夹层对于P波的影响要大于对SV波的影响。局部场地对地震波散射的线性分析具有重要的理论意义,然而为了更加切合于实际场地,本文基于二维应变空间状态理论,采用等效线性化方法,对二维沉积谷地的非线性地震反应进行了分析。外域半空间利用IBIEM进行弹性分析,沉积内部应用等效线性化方法,逐步迭代更新得到等效剪切模量和阻尼比。可方便处理不同入射波、入射角度、场地形状、材质等造成的影响。输入Tar-tarzana波,得到加速度时程曲线与反应谱,与相应的弹性加速度时程进行了对比,并得出了一些有益的结论。针对任意叁维复杂局部场地对地震波的散射问题,采用有限元-间接边界积分方程法进行研究。与二维不同的是,其中IBIEM利用层状半空间集中荷载动力格林函数,可精确实现半无限层状介质中波的辐射条件,同时可大幅度降低计算内存。在精度检验基础上,展示了方法对复杂局部场地反应问题的适应性,同时针对叁维盆地效应和山体震动得出了一些有益结论。计算方法可应用于层状无限域中任意不均质体对弹性波的散射求解。
田林, 徐则民, 张家明[8]2012年在《局部地形下入射波散射效应对场地地震响应的影响》文中研究表明局部地形下入射波散射效应对场地地震响应的影响是目前众多学者所关注的问题.其影响主要由入射波频率、入射角度、地形几何形状、介质性质等几个因素所制约,所反应出来的散射效应主要体现在地表位移变化上.本文归纳了凹陷地形、凸起地形、沉积谷地以及复合地形这四类局部地形入射波散射效应对场地地震响应的影响,对目前研究成果进行了评述,并针对数学技术、工程应用、模型建立等7个方面指出了现今存在的问题和今后发展的方向.
姜领发[9]2006年在《饱和土中结构对稳态体波散射问题的研究》文中提出本文以Biot波动理论和弹性波理论为基础,借助复变函数和多级坐标变换及保角映射等方法,并且运用大圆弧来代替半空间饱和土直边界的近似处理手段,对具有不同的工程背景的饱和土中结构在稳态弹性平面入射体波作用下所产生的散射和集中的问题进行了较系统的研究,得出了一些有益结论。研究的内容包括以下几个方面:(1)利用复变函数和多级坐标并借助以曲代直的大圆弧边界处理方法,通过引入位移势函数,解耦Biot波动理论在不同模型中的控制方程和运动方程,研究半空间饱和土介质中的圆形孔洞对弹性体波在有无流体耗散情况下的散射及动应力、孔压集中问题。求解过程为:首先通过引入位移势函数将半空间饱和土中在Biot模型下的波动方程解耦成叁个Helmholtz方程;并利用分离变量法求解该组方程,得到用复数表示的叁个势函数的通解;之后根据饱和土中的控制方程及复势函数特性,得到介质应力、位移和孔压和势函数的关系式,并将这些关系式转化为复平面极坐标形式;在引进一个大圆弧近似代替半空间直边界基础上,利用应力边界条件、位移边界条件或混合边界条件求解出复势函数级数展开式中的未知系数值,进而求得复势函数的特解,最后利用复势函数的特解求解出孔洞周边的动应力和孔压的集中系数,讨论半空间饱和土中的孔洞周围的散射和集中系数对直边界散射、孔洞边界透水性、孔洞埋深、饱和土的孔隙率、土骨架的密度、剪切模量及土骨架的泊松比等不同的参数条件组合下的分布和变化情况。从而得出一些较普遍的规律。(2)借助Biot多孔介质波动理论和弹性介质中的波动理论,引入位移势函数来解
王少杰[10]2017年在《复杂叁维沉积盆地对弹性波散射的快速边界元模拟及应用》文中进行了进一步梳理多次震害表明:不同场地条件下震害差异显着,而沉积盆地作为一种典型复杂场地,对地震波具有显着的放大作用。本文针对叁维均质沉积盆地和叁维层状沉积盆地对弹性波散射问题,采用离散单元少、精度高、自动满足无限远处边界条件的间接边界元方法(IBEM)进行了求解,并通过精度验证,验证了该方法的精度。但是,由于IBEM在求解虚拟荷载密度时,所形成的大矩阵为非对称稠密矩阵,故求解所需计算量和存储量巨大,无法有效计算大规模高频实际问题。为了提高计算速度,减少计算内存,本文引入了子结构并行算法,该算法在一定程度上提高了计算速度,减少了计算内存。但是采用该算法在计算大规模高频实际问题时,存储量仍然十分巨大,无法应用于大规模高频实际问题。所以本文引入了被誉为二十世纪十大算法之一的快速多极算法(FMM),FMM算法通过树结构,可将源点对场点的作用分类计算,然后迭代求解得到虚拟波源密度,而不需要求出和存储大矩阵,该方法极大的降低了求解问题所需的计算量和存储量,使该问题得到了妥善解决。目前,国内大多数学者对于沉积盆地弹性波散射问题的研究还局限于理论分析阶段,对于实际场地的分析较少,而在国外,许多学者已经将研究成果应用于实际场地中去,从而为实际工程建设、地震区划提供理论依据,因此,本文将快速多极间接边界元方法(FM-IBEM)应用于某叁维复杂形状均质沉积盆地在SV波作用下的地震响应求解和叁维非水平层状沉积盆地在P、SV波作用下的宽频带求解,得到了沉积盆地地表地震响应的若干规律,同时检验了本方法对各类复杂场地的适用性,计算结果也可为其他数值方法提供参考对照。研究结果表明:FM-IBEM作为一种新的高效算法和实用程序,适合于沉积盆地对弹性波散射问题的求解,可以极大地提高计算效率,有利于进一步将该算法应用于大规模高频实际问题的求解中去,从而为复杂场地条件下地震区划、城市地震危险性评估、城市规划及重大工程抗震设防提供重要理论依据和有力参考。
参考文献：
[1]. 圆弧形沉积场地对入射平面Rayleigh波的散射解析解[D]. 张秋红. 天津大学. 2004
[2]. 圆弧形饱和沉积场地对入射平面Rayleigh波的散射解析解[D]. 张强. 天津大学. 2005
[3]. 半空间中圆形洞室对弹性波的散射[D]. 纪晓东. 天津大学. 2005
[4]. 叁维弹性半空间中圆弧形沉积谷地对弹性波的散射[D]. 魏新磊. 天津大学. 2008
[5]. 多层沉积谷地场地对地震波的放大效应研究[D]. 印枭. 天津大学. 2016
[6]. 局部地形下入射波散射效应对地震动影响解析解研究进展[J]. 张家明, 徐则民, 田林, 裴银鸽. 中国地震. 2012
[7]. 复杂局部场地对地震波的散射间接边界积分方程-有限元耦合分析[D]. 黄磊. 天津城建大学. 2016
[8]. 局部地形下入射波散射效应对场地地震响应的影响[J]. 田林, 徐则民, 张家明. 地球物理学进展. 2012
[9]. 饱和土中结构对稳态体波散射问题的研究[D]. 姜领发. 上海交通大学. 2006
[10]. 复杂叁维沉积盆地对弹性波散射的快速边界元模拟及应用[D]. 王少杰. 天津城建大学. 2017