王祥建[1]2003年在《二维饱水介质的波动分析》文中研究说明饱和多孔介质中波的传播是岩土地震工程中的重要问题，但由于模型的复杂性，很难利用解析法求解实际问题。解析法常常仅局限于非常简单的、通过各种各样假定使之简化了的情况，对于复杂的问题不得不求助于数值解法，因此对于分析饱和多孔介质的动力响应问题进一步研究其数值解答是必要的。现将本文的主要工作简单介绍如下： 本文以饱和土为研究对象，在两相介质为弹性介质等一些条件假定下，进行了饱和弹性半空间动力响应问题的研究。以土力学模型为基础，利用以土骨架和孔隙流体的四个位移为基本未知量的数值方法去模拟二维饱水介质中的地震波传播，采用了显式差分方法(中心差分法和Newmark常平均加速度法结合)和透射边界，通过比较利用几种差分格式求解的加速度结果，发现一种用速度单边差分求解加速度的方法在本文研究中较为实用，分别编制了体波(P波或SV波)、Rayleigh面波输入时求解两相介质动力响应的两个二维数值分析程序。 分别进行了在底边界P波与SV波垂直入射时饱和土的动力响应分析，研究了动力作用下土骨架和孔隙流体的反应，同时阐述了渗透系数和上覆荷载对两相介质动力响应的影响。考虑自由表面可透水与不透水两种边界条件，研究了两种边界条件下的饱和弹性半空间动力响应的差别。 初步分析了基于单相介质理论的Rayleigh面波从侧边界垂直入射时的动力响应问题，给出了动力响应结果和Rayleigh面波的空间波形，通过比较单相介质数值解与解析解两种方法的分析结果来检验程序的正确性。 此外，本文还提出了一种消除初始输入间断影响的模拟方法，结果表明效果良好。 中国地展局工程力学研究所硕士学位论文曰..‘.......... 研究表明表面透水条件、介质渗透性、上覆荷载等因素对两相介质的动力响应都有一定的影响。同时数值计算的结果对于研究其它弹性饱和多孔介质动力响应问题有一定的借鉴价值，且为进一步研究非线性饱和多孔介质的动力响应问题打下了理论基础。
常晁瑜[2]2016年在《地下水对地表地震动参数的影响研究》文中研究表明场地条件对震害以及地震动参数影响的研究一直是地质工程抗震研究的热点问题之一。地下水作为重要的场地条件之一,已经被震害调查结果证明对烈度和地震动参数有重要影响。由于地下水位以下的土层应视为两相介质,对其模拟有一定的复杂性,因此,地下水对地震动参数影响的研究尚处在发展阶段。本文基于已有的研究成果,对比了几种现有的两相介质波动模型,并将Biot模型引入了土层地震反应分析中,给出了一种可以考虑两相介质的土层地震反应分析方法,并利用响嘡叁维台阵的记录进行了对比验证。利用本文的分析程序,分别计算了地下水的存在和地下水埋深对峰值加速度、反应谱平台值和反应谱特征周期等地震动参数的影响,得到了一些有意义的结论。本文主要完成了如下工作:1、阐述了地下水对烈度和地震动参数影响的研究现状,介绍了两相介质波动数值模拟的研究进展。对比分析了4种两相介质波动模型,总结了它们各自的优缺点及适用性。2、基于Biot两相介质波动方程,利用交错网格差分方法对Biot波动方程进行了离散,导出了数值模拟需要的差分格式,并编写了用于计算两相介质土层地震反应的程序。利用该程序计算了响嘡台阵3#测井的土层地震反应,通过与实际强震记录的对比,验证了该程序的合理性。3、利用本文计算程序,分别计算分析了地下水存在和地下水埋深对峰值加速度、反应谱平台值和反应谱特征周期等地震动参数的影响,得到了一些有意义的结论。
崔杰[3]2002年在《含水土层中的波传播及土壤液化》文中进行了进一步梳理饱水介质中的波传播和砂土液化是地震工程和岩土工程中两个重要的问题。本论文就这些问题做了一些研究工作，内容如下： (1)简要回顾了在不变形介质的前提下二维地下水的波动问题的研究成果。然后在可变形介质的前提下，直接从两相介质动力方程出发，对含水土层中的波动问题进行了研究。编制了可考虑弹塑性、非线性本构关系、剪胀性、刚度退化等各种因素的影响的计算程序。通过计算对各种土壤刚度、渗透条件、边界透水条件、荷载形式、本构关系和不均匀性等情况做了比较研究，发现了一些新规律和新现象。并对它们做了一些讨论和分析。 (2)对不含水土层分层排列、饱水土层分层排列、不含水土层与饱水土层分层交错排列情况下对波传播和地面运动的影响做了一些研究，考虑到土壤的剪胀性、线性和非线性本构关系，刚度退化等因素，编制了可适用上述各种情况和任意多土层(包括含水或不含水、力学性质不同、厚度不同、边界连续条件不同等)，在不同基底输入或上边界输入作用下的通用分析程序，通过对相当数量的典型情况进行的分析计算，得到了一些趋势性的认识，特别是对饱水与不含水土层分层交错情况，取得了一些新认识。 (3)基于两相介质理论，提出了一种新的从机制上可更合理地解释砂土液化的数理分析方法。该方法可同时考虑到土—水相互作用，惯性力，水渗流，和各种非线性影响因素在内，把剪胀做为使土—水相互运动的动因，并可同时求解出土、水的运动和应力状态。通过一系列数值计算，分析了剪胀、本构关系、刚度退化、土层厚度、孔隙率、边界条件等对液化的影响，编制了计算程序。 (4)首先介绍了提出Rayleigh波是液化主因的背景，基于宏观震害资料的启示，提出了Rayleigh波可能是造成砂土液化的主要动因的新见解。并用单相介质模型的总应力法，分析了Rayleigh波可能产生的应力大小。进一步，基于两相介质理论的有效应力法，研究了Rayleigh波在饱水介质中的传播情况，给出了Rayleigh方程，分析了饱水介质中产生的应力，并同单相介质模型的结果做了对比，证实了Rayleigh波较S波可产生较大的剪应力和法向应力梯度，从而导致液化的论断。 (5)利用基于剪切波速的砂土液化判别法，提出了一种可考虑剪切波速的随机性和液化及液化危害等级的模糊性的液化和液化危害等级的判别一法。讨论了当剪切波速具有随机性时液化的发生概率，进而给出了确定场地液化和危害程度的发生概率，在此基础上，结合液化和液化危害程度 （等级）的模糊性，利用模糊事件的概率分析方法，提出了可同时考虑随机性和模糊性场地液化和液化危害性的发生概率的计算方法。 比）通过应用 Seed提出的自由场地液化分析方法和 Meek，Wolf等人提出的锥体动力学模型，提出了一种可用于分析结构物地基液化的简化分析方法，并用有限元分析法做了对比分析，结果符合的很好。同时，还提出I一种可分析结构物地基沉降的分析方法，该法把沉降分为叁个部分，即：（1）由于地震循环剪切荷载产生的体积压缩而产生的沉降；（2）由于地震的动剪形变产生的沉降；（3）由于土壤模量软化和重力产生的沉降。上述用于分析液化和沉降的简化方法便于计算，物理意义明确，具有一定的工程上可接受的精度，有明显的实用价值。
李永强[4]2008年在《基于双相介质理论之一维土层非线性反应分析》文中指出饱水孔隙介质中波的传播是岩土地震工程中的重要问题。现今工程上土层反应分析常采用的方法是不考虑孔隙水压力变化影响的等效线性化方法,这种方法简单易用,适合于分析非饱和成层土层地震反应。纵观我国经济建设的重点区域,基本上都处于滨海或江河湖泊周边,其场地地下水位很浅,一定深度下基本上处于饱水状态,含饱水土层的场地地震反应分析随着震害资料的积累和土层反应研究的深入而逐渐受到重视。本文围绕这一问题展开研究,给出了一个更符合实际情况的考虑孔隙水压力作用的土层非线性反应分析方法,旨在为进一步的深入研究提供一种思路。由于模型的复杂性,而解析求解方法又常仅局限于非常简单的,通过各种假定使之简化了的情况,对于复杂问题不得不求助于数值求解方法,因此分析饱水孔隙介质的动力响应时采用数值方法是必要的。本论文就这些问题做了一些研究工作,内容如下:⑴简要回顾了土层反应分析的各种方法,对比评价之;简述饱水孔隙介质理论的发展、应用和重要性;⑵论述土的各种应力-应变关系模型,分析其适用条件,并选取适用的土体动本构模型;⑶简单介绍了饱水孔隙介质理论,在此基础上选择土力学模型,推导出一维情况下的波动方程。入射波假定为从基底垂直入射的剪切波,推导过程中视土的剪胀体变为驱使土与水产生运动的源项,同时注意了孔压的增长和消散作用,建立了包含干土和饱和砂土两种情况的以应力和位移等六个物理量为未知量的封闭方程组;⑷本文方法的数值实现。土层地震反应分析时,空间上采用一维集中质量有限元模型进行离散;时域内采用显式逐步积分方法进行计算;边界采用多次透射边界;并注意到各种不同界面状况的处理:基岩和上覆土层的交界面,饱水与干土交界面,自由表面等界面;⑸基于饱水孔隙介质波动理论编制了一维土层非线性反应FORTRAN 95计算程序并进行验证和算例计算,将其结果与等效线性化方法分析结果和单相介质模型时域非线性计算方法分析结果对比,指出水的存在对地震反应的影响:地震动输入较大时,即土体进入强非线性时,场地表面的反应谱长周期部分谱值明显高于等效线性化方法和单项介质模型时域非线性计算方法结果;⑹研究了饱水砂土层的液化过程及土层参数对孔压增长发展的影响,指出饱和土层在2～15m范围内容易产生液化现象,这和液化场地现场调查结果具有一致性;最后,对本文的研究工作做了总结,指出了其中存在的问题,并讨论了今后研究工作的目标。
姜传金[5]2012年在《深海火山岩地球物理响应及储层预测技术研究》文中指出近年来，松辽盆地深层火山岩天然气勘探取得了突破性进展，发现了大型的火山岩气藏。与沉积岩相比，火山岩在岩石矿物组合，孔隙结构组合、岩石物性特征和地质背景等方面都具有其特殊性和复杂性，从而导致其具有特殊的地球物理响应特征。用于沉积岩及其储层的地震预测技术，并不能很好适用于火山岩储层预测。为了充分利用叁维地震资料有效地预测火山岩储层及含气性，提高钻探成功率，设立了本论文研究内容。本论文在对大量火山岩样品的弹性参数进行测试和分析的基础上，开展火山机构及火山岩地层地震波场正演模拟，研究火山岩储层地震响应特征及其影响因素，探索出火山岩及其储层地震预测技术和方法。火山岩岩样的岩石物理分析表明：火山岩孔隙发育受埋深影响不大，孔隙随着深度的增加并没有明显减小的趋势。火山岩岩性对孔隙发育具有控制作用，火山碎屑岩孔隙总体上比熔岩发育，酸性熔岩孔隙比基性熔岩发育，爆发相火山岩孔隙比溢流相火山岩发育；火山岩密度反映了储层孔隙的发育程度；泊松比对储层含流体性质敏感，含气储层具有低泊松比的特征；含气饱和度对弹性参数具有分段式的衰减特征，表明弹性参数还不能定量计算出含气饱和度，只能定性识别出气层的存在。火山机构地质-地球物理建模及波场正演模拟研究表明：不同外形火山岩机构所引起反射波的能量聚焦和发散是不同的，但散射波能量弱，对成像剖面影响很小，从地震剖面的几何属性可以准确地识别火山机构；火山岩裂缝带产生强散射波场，散射波场与其它波场相互迭加、干涉作用，致使波前面出现了不连续的现象，在变密度地震剖面上，裂缝具有白色的竖条状特征；火山爆发作用产生的岩性的多样性和堆积结构的复杂多变性，会引起复杂强散射波场，在地震剖面上形成杂乱的反射特征；与含水储层相比，含气储层的纵波速度衰减较快，转换波速度衰减略慢，含气储层具有低泊松比的响应特征。地震资料解释技术可以有效识别火山机构、火山岩地层，预测火山岩储层及其含气性。利用趋势面分析、相干体分析、振幅切片和其它地震属性分析，结合地震剖面特征能够对火山机构的空间分布进行有效识别；通过对地震波组特征观察解释，结合频谱成像技术可以快速有效区分火山岩和沉积岩；地震波形聚类分析技术和单井火山岩相划分相结合，可以用地震资料划分火山岩岩相；火山岩地层地震解释应该采用“定地层-找通道-圈岩体-分期次-分旋回”的火山岩地震层序解释方法；采用瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率等地震属性提取、优化及井震相关分析等定性预测有利储层的分布；迭后地震反演与气水界面等相结合可以间接预测含气储层的分布；迭前地震反演可以直接预测含气储层的分布，但对地震资料的品质要求比较高。地震频率衰减属性分析和双相介质弹性波地震能量变化等地震衰减类属性可以用于直接定性检测火山岩储层含气性。
杨明星[6]2014年在《石油有机污染组分在水位波动带中的分异演化机理研究》文中进行了进一步梳理本文依托国家自然科学基金项目“地下水位波动带内BTEX在天然和空气扰动修复下的分异演变机理(41272255)”，基于野外石油污染场地中的污染物特征和环境条件，通过不同尺度的室内模拟实验、借助计算机模拟方法、综合运用渗流和溶质运移等理论，系统地研究了石油污染组分在地下环境中不同运移赋存形态的形成机理、变化特征和相互转化过程。针对环境因素变化最为活跃的水位波动带，提出了不同污染组分基于物质性质和土壤介质性质差异而导致的不同分布规律，研究了不同水位波动条件下污染组分赋存形态及多相流运移分异演变机理，阐述了在这一过程中其他环境因素的响应机理，并采用TMVOC模型对水位波动带中的多相流过程进行了详尽模拟。研究成果有助于理解石油污染组分在地下环境中的分布演变规律，为有针对性地选择高效低耗的土壤和地下水污染修复技术，提供坚实的理论基础和现实指导。
张雪昂, 王祝文, 韩春江, 向旻, 杨闯[7]2013年在《裂隙介质中变化井径的井孔声波测井响应数值模拟》文中研究指明为了研究井径变化对储层声波测井响应的影响,基于Hudson裂隙理论建立了裂隙介质井孔模型,分别考虑水层(饱水裂隙)和油层(饱油裂隙)两种情况进行井孔声波测井正演数值模拟,并通过改变井径大小和裂隙参数(裂隙角度、裂隙密度)来模拟分析全波列声波测井响应的变化特征。模拟结果表明,在变化井径的条件下,随着裂隙参数的变化,声波在油层和水层中的响应各有不同且具一定规律性,据此可在一定程度上区分油、水层。研究取得的认识可为变化井径的裂隙储层声波测井资料解释提供有参考价值的指导性建议。
王国军[8]2007年在《饱和多孔介质粘弹性动力人工边界及其在隧道动力分析中的应用》文中研究表明在高层、高坝和核电站等重大复杂结构的动力反应分析中,波动能量向无限域地基的逸散影响是重要的。饱和多孔介质在自然界中普遍存在,如饱和土,它是由固体骨架和孔隙流体组成。当两者之间存在动力相互作用时,按饱和多孔介质分析比按单相固体介质分析更为科学、合理。由于饱和介质波动理论的复杂性及数学处理上的困难,有关饱和多孔介质动力响应研究的解析解仅局限于比较简单的边界情况。对于几何形状较复杂且存在近域介质非均匀和非线性的复杂情况,数值方法是有效的分析手段。在无限或半无限空间的饱和多孔介质动力有限元分析中,通常采用有限模型的数值方法进行分析。为反映无约束域能量辐射效应影响,需引入虚拟的人工边界条件和计算方法。虚拟人工边界的处理方式和方法对模拟精度的影响较大。显式有限元结合局部人工边界的方法由于其时空解耦的特点,很适宜于上述复杂的近场波动问题的求解,获得学术界和工程界的重视。本文针对饱和多孔介质的人工边界问题进行了研究,提出一种二维饱和多孔粘弹性动力人工边界,基于饱和多孔介质本构方程,采用平面波和远场散射波迭加反映外行波传播,以经验参数反映人工边界外行波动的衰减和多角度透射特性,在人工边界处分别施加反映固相和液相介质传播效应的弹簧及阻尼来模拟人工边界以外的无限域介质对来自有限域的外行波的能量的吸收作用。数值模拟算例表明本文提出的饱和多孔介质粘弹性动力人工边界与扩展有限元结果相比具有很好的精度和稳定性。与现有的两相介质粘性边界、一阶透射边界、粘弹性边界相比本文边界具有更好的精度和稳定性。饱和多孔介质中隧洞洞顶受简谐动载动力响应分析表明,显式有限元结合粘弹性人工边界的解耦时域波动分析方法是有效的近场波动模拟方法。
赵成刚, 杜修力, 崔杰[9]1998年在《固体、流体多相孔隙介质中的波动理论及其数值模拟的进展》文中提出简要回顾了两相或叁相多孔介质中波动理论和数值模拟的研究历史和现状，着重介绍了用有限元方法对饱水土层中波动进行数值模拟的研究进展，并讨论了有待进一步研究的问题．
孙靖舒[10]2016年在《饱水岩石中的孔隙压力波传播模型》文中研究表明岩石中的孔隙含有油或水,严格地讲,岩石是双相介质。孔隙的油或水与岩石基质是相互作用和耦合的,因此研究比较困难。目前比较经典的模型是Biot理论,但是该理论无论是推导还是应用都很复杂。在地震波勘探和岩石力学中观测到的波主要是固体介质中的,细小孔隙中的波非常难以直接观测,因而需要用模型来研究。本文运用拉格郎日分析法,主要研究两种情况。第一种是围压为零,这将导出扩散波方程。我们在陈颙院士模型的基础上,修订了一些过于简化的公式,建立更严格、符合实际的孔隙流体压力波传播模型。重点是其与固体基质P波的关系,与岩石孔隙度,渗透率等物理参量的关系。另一种是围压非零的情况,这是本文的尝试之处。我们先推导出叁维孔隙压力波方程。在实际中,地震体波在岩石中以P波或S波的方式传播,可以近似看作1维平面波。因此,我们忽略了泊松效应,把叁维孔隙压力波方程简化为1维波动方程来求解。我们的解分叁种情况,一是假设围压为平面波,导出相应的孔隙压力波；第二种是假设围压为脉冲函数,导出其相应的孔隙压力波；第叁种是围压为方波,导出其相应的孔隙压力波。从解的特性可以看出(1)孔隙压力波与基质P波是共生的；(2)其幅度较小且有相位差。这是由于孔隙内粘性流体的流动的缘故。叁种解均不违反能量守恒。
参考文献：
[1]. 二维饱水介质的波动分析[D]. 王祥建. 中国地震局工程力学研究所. 2003
[2]. 地下水对地表地震动参数的影响研究[D]. 常晁瑜. 防灾科技学院. 2016
[3]. 含水土层中的波传播及土壤液化[D]. 崔杰. 中国地震局工程力学研究所. 2002
[4]. 基于双相介质理论之一维土层非线性反应分析[D]. 李永强. 中国地震局工程力学研究所. 2008
[5]. 深海火山岩地球物理响应及储层预测技术研究[D]. 姜传金. 东北石油大学. 2012
[6]. 石油有机污染组分在水位波动带中的分异演化机理研究[D]. 杨明星. 吉林大学. 2014
[7]. 裂隙介质中变化井径的井孔声波测井响应数值模拟[J]. 张雪昂, 王祝文, 韩春江, 向旻, 杨闯. 石油物探. 2013
[8]. 饱和多孔介质粘弹性动力人工边界及其在隧道动力分析中的应用[D]. 王国军. 北京交通大学. 2007
[9]. 固体、流体多相孔隙介质中的波动理论及其数值模拟的进展[J]. 赵成刚, 杜修力, 崔杰. 力学进展. 1998
[10]. 饱水岩石中的孔隙压力波传播模型[D]. 孙靖舒. 云南大学. 2016