有限尼TI层状场的对平面入射SH波的响应分析

本文采用有阻尼横观各向同性（以下简称TI）层状弹性体模型模拟半空间之上的层状场地,推导了平面SH波在这种场地的波速和透射角,得到场地的动力刚度矩阵;讨论阻尼对各放大系数的影响,用算例说明阻尼对层状场地响应的影响。     

地震波斜入射下层状TI饱和场地地震反应分析

滨海地区的天然土体在长期的风化和沉积作用下,其水平模量往往会大于其竖向模量,表现出明显的横观各向同性（TI）饱和特性,目前还很少有针对地震波斜入射下TI饱和场地动力响应问题的研究。将HaskellThomson传递矩阵方法拓展到层状TI饱和半空间,求解了直角坐标系下两相介质的Biot动力平衡方程及孔隙流体运动方程,建立了层状TI饱和半空间传递矩阵,并结合地表边界条件求解了地震波斜入射下层状TI饱和场地自由场的时域反应。该文验证了提出方法的正确性,进而以CNTEWGXE波（0.3 g）作为输入地震动,研究了土体TI性质及饱和特性对场地加速度时程及反应谱的影响。结果表明:层状TI饱和场地和各向同性饱和场地地表的动力响应存在一定差异,TI参数的改变使得场地对地震波产生不同的滤波和放大效应;场地的饱和特性对地表的动力响应有重要影响,饱和多孔介质固液耦合作用对地震波具有削弱作用;地震波斜入射时地表加速度时程及反应谱响应小于其垂直入射时的响应,且入射角度对qP1波入射时的场地影响更明显。     

有阻尼横观各向同性层状场地对入射SH波的响应分析

本文采用横观各向同性状层状弹性体模型模拟半空间之上的层状场地，讨论了各种因素对自由场地响应的影响，如SH波在自由场地土中的波速、阻尼、入射角，并用算例进行说明。     

层状TI饱和半空间均布斜线荷载及孔隙水压动力格林函数

基于Biot流体饱和多孔介质模型,采用动力刚度矩阵方法结合傅里叶变换,给出了层状横观各向同性(TI)饱和半空间中均布斜线荷载及孔隙水压的动力格林函数。方法首先将荷载作用层固定,在波数域内求得层内响应和固端反力,进而由刚度矩阵方法求得反加固端反力于整个层状半空间而产生的响应,最后叠加层内解和固端反力解经由傅里叶逆变换求得空间域内解。所给出的层状TI饱和半空间格林函数为建立相应边界元方法进而求解层状TI饱和介质相关波动问题提供了一组完备基本解。通过与已发表的各向同性饱和结果和TI弹性结果进行对比,验证了方法的正确性。进而给出了数值计算结果并进行了参数分析。结果表明:TI饱和介质与各向同性饱和介质对应的动力响应差异显著,且介质的各向异性参数对动力响应有着重要影响。此外,荷载埋深越小,地表位移和孔压波动更剧烈;介质渗透系数起到类似阻尼的作用,减小渗透系数可降低动力响应;随着频率的增大,位移、应力和孔压的波动也更为剧烈。     

层状饱和半空间中沉积谷地对斜入射平面P1波的三维散射

在作者给出层状饱和场地三维精确动力刚度矩阵和层状饱和半空间中移动荷载动力格林函数基础上,采用间接边界元方法在频域内求解了层状流体饱和场地中沉积谷地对斜入射平面P1波的三维散射问题。该方法的特点在于虚拟移动均布荷载和斜线孔隙水压可以直接施加在沉积与层状饱和半空间交界面而不存在奇异性。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间和弹性基岩上单一饱和土层中沉积谷地为例进行了数值计算分析。研究表明,沉积谷地对平面P1波的三维散射与二维散射之间存在本质差别,入射角度、孔隙率、饱和土层刚度和饱和土层厚度等参数对沉积谷地附近动力响应有着显著影响。     

基于TI介质模型的凸起地形对平面SH波的放大作用

在模拟地震波在介质中传播过程的研究中,正演模拟是一个重要的方面。该文采用间接边界元法（IBEM）对横观各向同性（TI）不同参数介质的凸起场地中入射SH波的散射问题进行了正演模拟,研究了TI凸起场地对SH波的放大效应。放大效应是通过地表位移与基岩露头位移幅值的比值来体现的。该间接边界元法结合了层状TI半空间精确动力刚度矩阵和均布斜线荷载动力格林函数,具有较高的精度。该文分别给出了TI介质凸起中SH波散射问题在频域和时域内的解答。频域内研究分析表明,土体TI介质参数的变化会对场地位移幅值的放大谱和空间分布产生显著的影响,即改变了凸起部分和土层的动力特性,使得两者动力相互作用发生改变。时域内研究表明,SH波在凸起周围的传播同时依赖于TI介质参数的具体取值和传播方向。时域位移幅值云图清晰地展示入射波、透射波、反射波和散射波的传播过程,凸起角点产生的散射波在TI介质中传播呈现"半椭圆"型,而在各向同性介质中呈现"半圆"型。     

水平层状饱和场地地震响应分析的等效线性化方法

采用饱和土层和半空间精确的动力刚度矩阵,建立了求解P波、SV波斜入射情况下水平层状饱和场地地震响应的一维等效线性化分析方法。将饱和场地退化至干土场地进行方法验证,并将该文结果与二维有限元程序FLUSH结果进行对比,验证了该文方法的准确性。以天津市区某典型饱和场地为例,分别比较了P波和SV波入射情况下饱和场地线性、非线性地震响应之间的差别,以及饱和场地、干土场地非线性地震响应之间的差别,并讨论了入射角度和透水条件等因素对地面运动加速度峰值的影响,总结了饱和场地非线性地震响应的一些基本规律。     

含破碎带层状场地和均匀场地地震响应比较研究

采用有限元方法在时域内研究了含破碎带层状场地的地震响应,比较分析了含破碎带层状场地和等效均匀场地对地震响应影响的差别,以及破碎带宽度、刚度和倾角等因素对地震响应的影响。研究表明,与等效后的均匀场地相比,层状场地加速度反应谱卓越周期短、对地震动的放大作用大,当场地中存在破碎带时,层状场地中破碎带对地震波的散射效应更强,其竖向加速度的最大峰值显著大于等效均匀场地。断层破碎带宽度、刚度、倾角对地震动的影响规律与等效均匀场地基本一致,不同的是:层状场地地表加速度峰值均大于等效均匀场地;层状场地加速度反应谱的第一峰值与等效均匀场地相近,第二峰值大于等效均匀场地,其值受破碎带宽度和倾角的影响较大。     

二维层状地基波阻板隔振分析

为了研究层状地基中波阻板的隔振效果，基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性、边界单元法处理无限域问题的精确性，结合两种方法的优点，本文采用以薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法，分别对上软下硬和上硬下软两种层状半空间地基中波阻板的隔振效果进行分析。研究表明：增加波阻板的厚度、提高波阻板的弹性模量可以显著提高隔振效果；分层土体厚度和土性对于水平和竖向的位移振幅衰减系数有较大影响。     

确定桩承高层结构有效地震动输入的一种改进模型

本文在文献（２）基础上，采用改进的层状半空间动力Ｇｒｅｅｎ函数，并利用自由场地震动三分量反算入射波振幅的技术，提出了一种确定桩承高层结构有效地震动输入的实用计算模型，这一模型考虑了地震波传播及地基土－群桩－上部结构的动力相互作用，由该模型求得的结果可作为上部结构的地震反应分析的输入激励。     

有限尼TI层状场地对平面入射SH波的响应分析

有限尼TI层状场地对平面入射SH波的响应分析@薛松涛$同济大学工程力学与技术系!上海200092@陈军$同济大学工程力学与技术系!上海200092@陈@王远功$同济大学工程力学与技术系!上海200092     

空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震分析

为了研究空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用虚拟激励法对此拱桥在空间变化地震作用下的抗震性能进行了系统的理论分析。提出了考虑非一致土层分布条件下的空间三维地震动的合成方法,在综合考虑地震动的多维性、不相干效应、行波效应,特别是一致和非一致土层分布条件下局部场地效应的基础上,对钢管混凝土拱桥进行了多维多点随机振动分析。研究结果表明:场地效应会对结构产生显著的影响,软土场地会导致结构产生较大的响应,同时非一致的土层分布也会对结构响应产生不可忽略的影响;地震动的多维性,特别是竖向地震激励会对拱桥结构响应产生较大影响;在抗震分析中应考虑这些因素的影响,以免错误的估计结构的响应。     

一种用于场地-建筑群体系地震响应分析的二维耦合法

该文章发展了一种用于计算场地-建筑群体系地震响应的二维耦合法，其中采用间接边界元法模拟远场土体，采用有限元法模拟近场土体，用解析算法的刚性基础-等效均质块体模型模拟建筑群。该耦合法的优势是建筑群无需离散单元，计算量小，结构参数简单直观，且无需人工边界即可满足场地无穷远处辐射条件。通过与已有文献结果对比，验证了该文章耦合法计算准确，精度较高。通过数值计算分析了场地-建筑群效应对结构动力响应的影响，研究表明：场地-建筑群效应可能明显放大结构地震响应幅值，这与整个场地-建筑群的特性及地震波特性有关；当建筑群中结构参数相同且结构刚度较大时，场地-建筑群效应可能对结构地震响应幅值的影响较大，尤其是处于建筑群中心位置的结构，该文章算例中放大率达36.17%;当建筑群将相同参数结构分区布置(如多层区、高层区)时，场地-建筑群效应可能对各区中心位置结构的地震响应幅值的影响较大。     

移动简谐载荷作用下层状地基-轨道耦合系统动力响应分析

采用格林函数方法求解层状地基-轨道耦合系统在移动简谐载荷作用下的动力响应问题。通过求解层状地基表面作用移动均布线载荷时的动力格林影响函数,由位移连续条件实现层状地基与轨道的耦合,求得移动简谐载荷作用下频率-波数域内的系统动力响应,最后通过傅里叶逆变换求得时间-空间域内的动力响应;与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀半空间地基和基岩上单一土层地基-欧拉梁耦合系统为模型,研究载荷振动频率、移动速度、地基刚度以及土层厚度对动力响应的影响。研究表明移动简谐载荷频率较高时与移动静载荷情况不同,不再具有跨音速时地表位移幅值最大的规律;成层地基-轨道耦合系统在移动简谐载荷作用下的动力响应与均匀地基情况存在显著差异,当载荷频率与层状地基固有频率接近时,地基表面位移幅值较大;另外随着基岩与土层剪切波速比的增大,载荷以超音速经过后地基表面位移振动更加剧烈,振动时间更长,随着土层厚度的增大,位移幅值逐渐向低频区域迁移。     

动态荷载作用下的路表响应分析

本文建立了柔性路面结构的层状半空间粘弹性力学分析模型,并从基本方程出发,在频域推导了在动荷载作用下的路表位移响应解析表达式。通过与相关文献计算结果的对比,对方法的有效性及正确性进行了验证。数值计算表明,利用本文方法求解路表的动态响应具有简单方便、精度较高的优点。     

轨道交通地面振动衰减关系中局部放大现象形成机理研究

为了研究城市轨道交通引起的环境振动竖向位移衰减关系中局部放大现象的产生机理,将场地简化为弹性半空间单一覆盖层模型,采用传递矩阵法推导了频率波数域三维层状场地竖向位移的动力格林函数。通过七个半空间与覆盖层的模量比,四个覆盖层厚度,七个激励频率,三个覆盖层阻尼比等诸多因素对局部放大影响的分析,结果表明局部放大受埋藏的主要速度界面控制,局部放大区的位置和放大的强度与该界面两侧的模量比（波阻抗比）、覆盖层厚度、激励的频率及覆盖土层的阻尼比等因素有关。一般来说,速度界面的波阻抗越大,局部放大越强烈;给定其他条件,使直达的表面波与半空间表面折射波越接近同时到达的覆盖层厚度使局部放大越为明显,使两者波峰越靠近的激励频率会引起更为明显的局部放大;覆盖层阻尼比越小,局部放大越强烈。     

层状场地自振频率的弹簧-剪切梁法研究

基于匀直剪切梁横向自由振动微分方程和刚性半空间上的直立悬臂剪切梁模型, 考虑半空间弹性, 发展和建立了弹簧-剪切梁模型, 并获得了单层以及任意多层覆盖情况下的隐式解析解和递推公式。以弹簧-剪切梁模型分析了传统半空间刚性假设对场地自振频率计算结果的影响。结果表明, 半空间刚性假设引起的计算误差随着剪模比和覆盖层厚度的增大而减小。对于一般实际场地, 在覆盖层厚度不是很小的情况下, 采用传统刚性假设剪切梁法计算场地自振频率可获得比较满意的精度。     

基于TI介质模型的沉积谷地对平面SH波的放大效应EI北大核心CSCD

在TI场地平面外动力刚度矩阵的基础上,推导出斜线均布荷载动力格林函数,进而以该格林函数为基本解建立间接边界元方法求解了沉积谷地对平面SH波的散射问题。文中验证了方法的正确性,并分别将沉积内部和外部介质考虑为TI介质,在频域和时域内进行了计算分析。研究表明:沉积TI参数的改变主要导致了沉积自身动力特性的改变,进而使得沉积表面位移幅值放大谱的峰值频率和谱值均发生明显改变;半空间TI参数的改变则导致了各方向上半空间与沉积阻抗比的改变,因而对放大谱的峰值频率影响较小,其影响主要体现在峰值大小上;另外,通过求解Ricker波输入下沉积附近观测点的位移幅值时程发现,沉积和半空间的TI参数亦对弹性波在含沉积半空间中的传播有着显著影响。     

移动随机线源荷载作用下黏弹性半空间体的动力响应

求解移动荷载作用下黏弹性半空间体的响应,是研究交通荷载引起的环境振动问题的基础。移动荷载作用下半空间体响应的积分形式解不难得出,但当荷载移动速度接近或大于瑞利波速时,被积函数往往具有奇异性和高振荡性,这就使得数值计算相当困难。该文研究了移动随机线源荷载作用下黏弹性半空间体的响应问题。利用虚拟激励法,将系统的随机振动分析转化为确定性分析,然后通过广义Duhamel积分得到了响应的积分形式解。将被积函数图形化确定了函数的积分限,通过自适应数值积分算法解决了被积函数的振荡性,最终得出了黏弹性半空间体动力响应的数值结果。为确保数值计算结果的正确性,同样计算了确定性荷载作用下半空间体的响应,并与已有文献结果进行了对比。在验证了数值算法正确性的基础上,计算了随机荷载作用下半空间体的响应,荷载移动速度涵盖了亚音速、跨音速和超音速三种情形。通过具体算例,分析了响应的时间和空间分布规律,并对荷载移动速度对响应的影响进行了分析。     

基于TI介质模型的沉积谷地对平面SH波的放大效应

在TI场地平面外动力刚度矩阵的基础上,推导出斜线均布荷载动力格林函数,进而以该格林函数为基本解建立间接边界元方法求解了沉积谷地对平面SH波的散射问题。文中验证了方法的正确性,并分别将沉积内部和外部介质考虑为TI介质,在频域和时域内进行了计算分析。研究表明:沉积TI参数的改变主要导致了沉积自身动力特性的改变,进而使得沉积表面位移幅值放大谱的峰值频率和谱值均发生明显改变;半空间TI参数的改变则导致了各方向上半空间与沉积阻抗比的改变,因而对放大谱的峰值频率影响较小,其影响主要体现在峰值大小上;另外,通过求解Ricker波输入下沉积附近观测点的位移幅值时程发现,沉积和半空间的TI参数亦对弹性波在含沉积半空间中的传播有着显著影响。