不同地层波速模型对沉积谷地地震响应规律的影响：FEM-IBIEM模拟研究

准确的地层波速模型是场地反应分析的关键,而实际地层波速测定存在很大的不确定性。计算中通常采用简化的均质和分层模型,或者根据钻孔数据将波速沿深度进行线性、二次或指数拟合。这些不同波速模型对沉积谷地地震响应的影响规律究竟如何目前尚未得以厘清。为此尝试采用有限元—间接边界积分方程耦合方法,通过频时域定量计算,从波动学角度揭示不同波速模型沉积谷地地震响应的差别及其本质所在。数值计算结果表明：低频波入射时(),常用的几种波速模型对地表位移反应影响不大。但随着频率增大,不同波速模型对计算结果的影响不能忽略。着重考察了线性模型和均质模型之间的反应差别：发现线性模型情况下高频共振和盆地边缘效应更为显著,由此导致地震能量主要积聚在近地表土层,并使得沉积内部地表位移幅值显著放大,地震动持时明显增长。另外,沉积谷地形状和入射角度对地震波聚焦特征也具有重要影响,不同波型入射下聚焦区域有很大差别。实际沉积谷地地震动场精确模拟需获取较为精细的地层波速结构和边界几何特征。     

时程分析中罕遇地震动的选择

该文以地震动模型化为基础并结合现有各种选波方法,提出了以地震动参数为主的参数化选波方法。参数化选波方法主要是通过限制所选择的地震动的各个参数在一定范围之内,以使得入选的地震记录的反应谱与目标反应谱比较接近。论文最后以典型案例为例,从力和变形、能量的角度对比了双频段选波方法、ASCE-7规范中的选波方法和文中提出的参数化方法。计算结果表明,从力和变形的角度,结构在此三种选波方法选出的地震波作用的计算结果比较接近,但是,从能量角度,当利用文内选波方法选出的地震波作为结构的输入时候所计算的结果要较利用其他两种方法作为结构的输入的计算结果大。     

基于比例边界有限元法的成层半空间中斜坡场地地震响应计算模型

由于左右侧不对称且不规则的边界条件延伸到远场,斜坡地形场地的地震波动场求解存在一定困难。为得到成层半空间中斜坡地形场地的地震动力响应,基于波场理论提出一种以相似拼接线为缩放中心的比例边界有限元法计算模型：首先将待求波动场分解为具有规则边界条件的已知波场和由已知波场在真实不规则边界处引起的散射波场,然后通过在斜坡场地的不规则边界处施加等效地震荷载将散射波场的求解由外源输入问题转化为内源辐射问题,最后推导了适用于水平及倾斜成层、左右岸不对称等复杂地基的比例边界有限元法,可沿径向解析地求解斜坡场地的内源辐射问题。通过与文献中均质和成层弹性半空间中凹陷地形场地在SH波入射条件下地表动力响应进行对比,表明了计算模型的准确性,并通过分析成层半空间中斜坡地形场地的波动响应验证了模型的有效性。提出的计算模型,为复杂地基-结构相互作用分析的输入波动场计算提供了新的技术手段。     

天津地铁土城车站地震反应分析

针对天津地铁1号线土城车站工程,使用ANSYS程序,建立了粘性边界的有限元计算模型,运用模态叠加法对地下结构-土动力相互作用系统进行了分析计算,得出了地铁车站框架结构在天津波、人工波(中震)及人工波(小震)作用下的动内力、动位移地震反应。对现行结构设计进行了校核,分析了结构抗震的薄弱环节以及地震反应可能对地铁车站造成的破坏。     

平面压缩波入射下弹性半空间中直墙拱形隧道地震响应分析

采用间接边界积分方程法(IBIEM),对压缩波(P波)入射下弹性半空间中直墙拱形隧道的地震响应进行分析。通过参数分析,讨论入射波特性和衬砌特性对平面波散射的影响规律。计算结果表明:直墙拱形衬砌洞室附近波的散射同圆形衬砌情况相比差异显著;动力反应特征主要依赖于波入射角、入射波频率、衬砌埋深和厚度等参数;P波入射下洞室附近地面运动放大效应十分明显;低频波入射下,直墙拱形衬砌底板处的动应力集中现象最为显著。     

岩石边坡动力稳定安全系数的块体单元法分析

 将动力分析的块体单元法应用于岩石边坡地震稳定时程分析。将黏弹性人工边界条件的思想与块体单元理论相结合，建立块体系统的人工边界条件，用以模拟地基的弹性恢复能力和地基对散射波能量的吸收，从而消除波动在计算区域边界上的反射。黏弹性边界具有稳定性好，易于与计算程序结合的优点。通过动力计算所得的块体加速度计算块体的惯性力，并由此判断块体可能的滑动模式，进而根据滑动模式将惯性力分解为块体滑动力和垂直于滑动方向的作用力，由此作用力计算块体的抗滑力。块体抗滑稳定安全系数即为抗滑力与滑动力之比，从而可以得到地震过程中块体稳定安全系数时程曲线。小湾水电站进水口边坡算例体现了该方法的工程应用能力。     

边界元法模拟含随机分布裂纹介质中波的传播

利用二维弹性动力边界积分方程解决了地震波在含裂纹介质中的散射问题。给出了二维空间中裂纹呈平均分布、正态分布和指数分布模型图。从记录到的波场散射图看到,裂纹不同空间分布会导致散射特性的极大不同。而且,当裂纹横向长度不变,纵横比增加时发现,波场通过该裂纹区时能量被俘获的更多,波传播持续时间更短,衰减更快,但由于这种分布能量更容易集中,使得波通过裂纹区后产生了较强的局部能量。     

基于FLAC3D的斜入射地震波作用的数值模拟方法研究

地震动输入是进行土层场地或土-结构相互作用体系地震反应分析的重要一步。通过波场分解,将人工边界上的波动场分解为自由波场和散射波场,其中人工边界上的自由波场根据波在自由表面的反射理论求得,散射波场由黏性人工边界直接吸收,进而在人工边界上施加等效荷载实现斜入射地震波作用的输入。借助MATLAB辅助计算程序和FLAC3D的前后处理功能,进行不同角度(0°和30°)入射条件下SV波作用的时域数值模拟计算,数值解和理论解吻合较好。算例表明,采用黏性人工边界和等效荷载输入方法具有较高的计算精度,建立的数值模拟方法为土层场地和土-结构动力相互作用在地震波斜入射下的反应分析提供了简单易行的计算途径。     

曲线形导电纤维编织伪装基础布的电磁散射特性分析

为检验采用正弦曲线形导电纤维编织伪装遮障基础布的可行性,建立了其二维平面周期结构模型,采用周期时域有限差分法计算了该结构对入射雷达波的反射率、透射率和吸收率.通过设计两种周期单元尺寸,比较了高次模对结构散射特性的影响.计算结果表明,高次模能在一定程度上降低结构的反射率,但高次模在能量中比重较小,对结构电磁散射特性的调节...     

海洋波导中刚性球及旋转椭球前向散射场时频特征的畸变

利用波导中目标声散射理论的简正波方法,数值模拟了自由空间和浅海均匀波导中刚性球、旋转椭球的散射场,分析了波导中刚性体前向散射时频特征的畸变规律。仿真结果表明:波导中刚性体的前向散射时域波形与频谱特征受波导制约;目标散射场的固有特征受波导色散特征的调制,时频谱上呈现出由于色散的简正波间的耦合而导致各简正波能量条纹界限模糊的现象。时频特征的畸变程度与组成散射共振系统的波导、目标的尺度以及散射体布放深度有关,随波导底质透声能力和深度增加、散射体散射强度(信混比)增强而减弱。     

流体饱和层状半空间中沉积谷地对地震波的散射— IBIEM求解

针对流体饱和层状半空间中任意形状沉积谷地对地震波的散射问题,基于单层位势理论,建立一种新的间接边界积分方程法（IBIEM）：首先推导饱和层状半空间中两类膨胀波源和剪切波源动力格林函数,进而由分布在沉积谷地和层状半空间交界面附近两虚拟波源面上的P_I、P_II和SV波源分别构造沉积内外的散射波场。由交界面连续性条件建立方程并求解确定虚拟波源密度,总波场即可由自由波场和散射波场叠加而得。然后通过边界条件验算、退化解答与现有结果的比较,验证了方法的计算精度。通过一组典型算例,初步探讨了平面SV波在饱和层状半空间中沉积谷地周围散射的基本规律。研究表明：饱和层状沉积对地震波的散射和相应干土情况存在显著差异,边界渗透条件对沉积内部地震响应具有重要影响;饱和层状场地中波的散射和均质半空间情况有着本质不同,总体反应体现了饱和土层的共振放大效应和沉积谷地对波的散射效应。实际场地中地震波传播的精确模拟需考虑岩土介质的多相性和层理特征。     

波散射问题求解中消除多次透射公式漂移失稳的一种措施

在采用多次透射公式求解结构-地基体系地震反应等波散射问题时,其稳定性是人们所关注和研究的重要方面。针对其漂移失稳机制的研究表明,在将总波场分离为入射波场和散射波场从而实现波动输入和多次透射边界条件施加的过程中,采用连续介质解析解给出的入射波场与计算中的实际入射波场存在较大差别,会导致漂移失稳现象的出现。基于此,提出了一种直观的改进措施,即利用多次透射边界建立边界计算区,从而获得入射波离散数值解,并应用于波动的输入过程。数值实验验证了该措施可以有效地消除计算中的漂移失稳现象,给出更为合理的计算结果。     

爆破地震波作用下框架结构与地基基础协同工作时程分析

爆破地震波荷载不同于构造地震波荷载。本文采用ANSYS有限元分析程序,分别对爆破地震波作用下框架结构在考虑基础固结及考虑地基基础协同工作两种情况进行了空间对比时程分析;并针对协同工作体系,研究了其在爆破地震波和构造地震波作用下的动力特性。分析结果表明:基础固结模型的位移响应较之协同工作模型要小得多,但其内力响应却有所增大,局部还存在突变的情形;此外还得出了两种波作用下结构的动力反应存在较大差异。     

传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架模型振动台试验研究

为研究传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土(RC-CFST)组合框架的抗震性能,采用三维六自由度地震模拟振动台对缩尺比为1/4的模型结构进行了El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波输入下的试验。通过白噪声扫描得到了该模型的自振频率、阻尼比等动力特性,研究了模型结构的受力过程、破坏特征及加速度、位移、剪力和应变等动力响应。试验结果表明：随着输入波地震峰值加速度的增加,框架模型的自振频率下降,阻尼比增大,加速度放大系数逐渐减小;柱架是耗散台面地震作用的主要构件;7度罕遇地震作用下结构X、Y向的最大层间位移角分别为1/46、1/51,结构的总体刚度偏小;结构的地震剪力沿模型高度方向没有明显下降的趋势, CFST柱顶部与枋、椽连接区域及柱底为结构的抗震薄弱环节。基于研究结果, 提出了加强该组合框架抗震性能的设计建议。     

土-结构动力相互作用分析中基于内部子#br# 结构的地震波动输入方法

合理有效的地震波动输入是进行土-结构动力相互作用分析的关键环节,文章基于波动法理论,提出一种新的基于内部子结构的地震波动输入方法。新方法中等效输入地震荷载由计算模型内部截取的子结构的动力分析直接获得,从而使地震波的外源输入问题转化为内源波动问题。与波动法和基于人工边界子结构的地震波动输入方法相比,内部子结构法有效提高等效输入地震荷载求解和地震波动输入的效率;同时在地震波动输入的过程中避免人工边界的参与,从而彻底摆脱以往地震波动输入方法对于人工边界条件的限制,因此该方法更具普适性。文章详细介绍了基于内部子结构的地震波动输入方法在土-结构动力反应分析中的实现方法,并通过地震波斜入射下的自由场算例与土-结构动力相互作用算例,验证新方法的有效性。     

多层水平或倾斜介质中的震源定位

为了充分利用矿区岩土体的三维速度结构,以正反演联用法为雏形,提出专门针对水平或倾斜分层介质的定位方法。推导水平分层介质中的波前曲面方程,并基于该方程,从任意观测系统角度,将发震时刻作为未知量引入非线性方程组求解,建立未知数个数等于非线性方程个数的适定非线性方程组,从而建立了波前正演法。不同于正反演联用法通过规则观测系统和曲线拟合确定发震时刻,波前正演法将发震时刻作为未知量,确定震源时空参数需要四个台站的非线性方程。为了简化波前正演法的非线性系统,采用变量代换法,减少了定位参数,从而减小了确定迭代初值的难度。通过将台站所在的原大地坐标系旋转至与介质分界面平行正交,使得新坐标系中的波前面推进方向与坐标轴z平行,从而将波前正演法推广应用于倾斜层状介质,有效解决了倾斜层状介质中的震源定位问题。对波前正演法的16个未知参数相对于3个速度结构参数的条件数进行计算,多种定位条件下的条件数计算结果表明,波前正演法的条件数均远小于10,波前正演法是良态的。     

岩体地震动力破坏问题研究

 研究岩体在地震动力作用下的破坏机制需要结合岩石力学、工程地质、地震工程、地震学等诸多学科。本文首先简要评论了岩石动力学的研究现状，然后对两种主要的动荷载——爆破和地震进行对比，通过对地震波产生的动应力和岩体强度特性的比较，认为岩体在地震动力作用下主要是拉张破坏和结构面破坏，并提出了岩体地震动力破坏的极限深度，最后讨论了地应力和地形对岩体地震动力破坏的重要影响。     

深厚软土场地中三维凹陷地形非线性地震响应分析

采用黏弹性人工边界并结合地震动输入等效结点力法实现半无限场地的波动输入,采用等效线性法模拟土体的非线性特征,基于有限元软件ABAQUS,建立弹性基岩上覆深厚软土中三维凹陷地形非线性地震响应分析模型。通过与文献比较,验证了整体模型的精度。以天津地区某一浅椭球凹陷地形为例进行数值计算,比较了非线性地震响应与线性地震响应的差别,并进一步分析了三维凹陷地形对非线性地震响应造成的影响,最后计算了在地震安全性评价人工波作用下三维凹陷地形的非线性地震响应。研究表明,土体的非线性特征对三维凹陷地形地震响应有显著影响。研究还发现一个特殊现象,即凹陷地形中心附近的非线性地震响应可能会大于其线性地震响应,且地震激励幅值越大,这一现象越明显。对于三维复杂局部场地的非线性地震响应研究,模型具有一定的参考价值。     

粘弹性准饱水岩层中地震波的传播

从工程实践出发，采用粘弹性两相介质模型，详细研究了地震波在准饱水岩层中的传播问题。由于此模型不但考虑了岩层骨架的粘性，而且考虑了饱和度对地震波传播的影响，从而可以全面地了解地震波在准饱水岩层中的传播特性。该模型比以往研究地震波的模型更具合理性。采用数值算例对饱和度、频率、含水量对地震波的波速和衰减系数的影响进行了细致的分析，并得出了一些重要的结论。