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饱水土层中骨架变形等因素对波传播的影响 总被引：4，自引：0，他引：4
本文在假设土骨架可变形的前提下,结合土的弹性、弹塑性和非线性本构关系的固相、液相的动力学方程,建立了针对饱和土体的一组可同时求出固相和液相的变形和应力变化的方程级。利用差分法对饱水土层在水平、竖向速度波、应力波以及地震波输入时进行了数值求解,简要分析和讨论了土骨架变形的作用、渗透系数、孔隙率、本构关系模型以及边界条件等各种因素的影响,发现了一些新的规律和趋势。 相似文献
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砂土液化造成了大量建筑物的破坏,但目前对砂土液化地基中地铁地下结构的地震反应研究相对较少,尤其对微倾斜液化地基中地铁地下结构地震反应的研究更为缺乏。基于有限单元法,采用已开发的砂土液化大变形动力本构模型模拟液化土层的剪切大变形,采用基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法的有限单元网格动态自适应调整技术解决土体液化大变形发生后有限单元的畸变问题,建立了地面微倾斜液化地基中土体-地下结构非线性动力相互作用的数值分析模型,分析了地面倾角变化对地铁车站周围地基液化分布特征、车站结构周围土层侧移变形特征、地下结构上浮和应力反应的影响规律,揭示了微倾斜液化地基中地铁地下车站结构的地震反应特征。 相似文献
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基于孔隙介质的Biot理论,首先利用Laplace变换,给出圆柱坐标系下横观各向同性饱和弹性多孔介质在变换域上的波动方程;将波动方程解耦后,根据方位角的Fourier展开和径向Hankel变换,求解了Biot波动方程,得到以土骨架位移、孔隙水压力和土介质总应力分量的积分形式的一般解;借助一般解,建立了有限厚度饱和土层和饱和半空间的精确动力刚度矩阵,并由土层的层间界面连续条件建立三维非轴对称层状饱和地基的总刚度方程;在此基础上,系统研究了横观各向同性饱和半空间体在内部集中荷载激励下的动力响应,并给出了问题的瞬态解答.该研究为运用边界元法求解饱和地基动力响应奠定了理论基础. 相似文献
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介质微结构相互作用会使介质存在不均匀性,而这种不均匀性,则会引发新的响应.当位移场/旋转场存在强烈空间/时间变化时,这种由介质微结构相互作用所导致的不均匀性会愈加明显.应变梯度通过在应变能密度函数中引入应变的一阶或者高阶导数,以描述这种由介质微结构相互作用导致的不均匀性,由于引入高阶导数,应变梯度理论可以描述更小尺度的微结构相互作用,但是其存在计算量大以及物理解释困难等问题.单参数二阶应变梯度理论作为应变梯度理论的一种特例或者简化版本,将二阶应变梯度视为对应变能密度函数的附加影响.本文从非局部理论出发,推导单参数二阶应变梯度理论的本构方程,进而结合几何方程和运动微分方程,给出非对称弹性波动方程的数学表达式.并应用该非对称弹性波动方程在各向同性均匀介质模型和Marmousi模型上进行数值模拟,合成地震记录.将该地震记录与传统弹性波动方程所生成的合成地震记录进行对比,研究分析应用二阶应变梯度描述介质微结构相互作用对地震记录的影响规律,给出以下结论:(1)基于单参数二阶应变梯度理论的非对称弹性波动方程所描述的位移扰动对纵波和横波的传播都产生了影响,且对横波的影响较大;(2)介质更小尺度的微结构相互作用可以在地震记录中被反映出来,我们需要考虑其对地震波传播的影响. 相似文献
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双节点有限元模拟直立走滑断裂地震位移场 总被引：2，自引：0，他引：2
结合位错理论和有限单元法，对介质横向不均匀性引起的直立走滑断裂地震水平位移场不对称性进行了数值模拟研究。结果表明，断层两侧介质泊松比和弹性模量的横向不均匀性，均可以引起直立走滑断层同震破裂及地震位移场的不对称性，其中，断层两侧介质的剪切模量比(刚度比)对直立走滑断裂地震位移场不对称性起主要作用。 相似文献
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刚度矩阵是表征传播介质特性的重要参数.TTI介质的刚度矩阵由VTI/HTI介质的刚度矩阵转换而得,因而TTI介质与VTI/HTI介质之间存在着某种联系.本文将TTI介质的刚度矩阵表示成VTI/HTI介质的刚度矩阵与一个‘扰动'矩阵之和的形式,从另一个角度揭示了TTI介质与VTI/HTI介质的关系.本文在TTI介质刚度矩阵分解的基础上,将TTI介质的波动方程分解成VTI/HTI介质波动方程和‘扰动介质'波动方程,然后对VTI/HTI介质波动方程和‘扰动'介质波动方程分别进行了模拟.将两个模拟结果进行合成并与TTI介质的波动方程模拟结果进行了对比,验证了方法的准确性和有效性.理论分析与数值模拟结果表明,TTI介质可认为是VTI/HTI介质的一种延伸. 相似文献
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基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显. 相似文献
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三维层状场地的精确动力刚度矩阵及格林函数 总被引：4，自引：1，他引：3
本文对Wolf二维层状场地精确动力刚度矩阵进行推广,给出了三维层状场地的精确动力刚度矩阵。刚度矩阵具有对称的特点,且因刚度矩阵是精确的,计算结果不受土层单元厚度的影响,可以大大提高计算效率。文中对刚度矩阵进行了数值验证。利用三维层状场地动力刚度矩阵,计算分析了基岩上单一土层场地的动力响应。最后作为动力刚度矩阵的另一重要应用,给出了表面或埋置矩形均布荷载或集中荷载的动力格林函数计算方法。 相似文献
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基于岩石物里学中临界孔隙度模型,建立一种简洁的均匀弹性流体饱和孔隙介质模型,进行地震波传播研究.首先定义了构建目标模型的基本力学模型:介绍了全孔隙度区间内基本力学模型和目标孔隙介质的含义,其中基本力学模型除了完全弹性固体模型S和完全弹性流体模型F还包括临界孔隙模型C.然后通过等效力学模型推出了目标力学模型介质本构关系的组分表达形式.文中分别通过直接求取弹性参数的表达形式和运用应力应变关系两种方法得到介质模型的本构关系,进而得到该模型波动方程的组分表达形式.最后对这种介质模型进行了地震波传播的数值模拟,结合模拟结果分析孔隙对地震波传播的影响. 相似文献
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Understanding the response of partially saturated earth structures under various static and dynamic loads is important for the design and construction of economical and safe geotechnical engineering structures. In this study, the numerical approach is used to understand the dynamics of partially saturated soils. The mathematical equations governing the dynamics of partially saturated soils are derived based on the theory of mixtures and implemented within a finite element framework. The stress–strain behavior of the soil is represented by an elasto-plastic constitutive model for unsaturated soil based on bounding surface concept and the moisture-suction behavior is modeled using van Genuchten model. Fully coupled finite element simulations are performed to study the response of partially saturated soil embankment under earthquake loading and validated with centrifuge test results available in the literature. The predicted displacement responses are in good agreement with the measured responses. The pore water pressure, pore air pressure, matric suction, the degree of saturation in various elements and the response of the embankment under different initial moisture content are also discussed. 相似文献
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A plasticity based constitutive model for anisotropic behaviour of soils is implemented in a finite element procedure based on the generalized Biot theory for the dynamic non-linear response of porous materials. The model represents a version in the hierarchical approach of constitutive modelling and allows for inelastic response during loading, unloading and reloading. The procedure has been verified previously with respect to closed-form solutions for wave propagation in porous media. In this paper, it is used to predict the behaviour of a realistic structure-saturated porous soil system subjected to earthquake loading. Both linear and non-linear analyses have been performed. It has been found that the predicted responses from the two analyses are significantly different; for example, in comparison with the linear analysis the non-linear response shows increased magnitudes and zones of concentration of pore water pressures, increased magnitudes of horizontal displacements, decreased magnitudes of vertical displacements and increased magnitudes of shear stresses. 相似文献
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把均匀流体概念引入Biot两相多孔介质动力理论中，用Biot的两相多孔介质模型模拟不完全饱和土层，给出SV波，P波从不完全饱和土层入射到弹性土层时，在土层交界面上反射，透射系数的表达式，结果表明与完全饱和相比，饱和度发生很小的变化就会对交界面上反射，透射系数产生很大的影响。今后应该重视饱和度变化对地震动力响应的影响。 相似文献
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Based on the u–U formulation of Biot equation and the assumption of zero permeability coefficient, a viscous-spring transmitting boundary which is frequency independent is derived to simulate the cylindrical elastic wave propagation in unbounded saturated porous media. By this viscous-spring boundary the effective stress and pore fluid pressure on the truncated boundary of the numerical model are replaced by a set of spring, dashpot and mass elements, and its simplified form is also given. A u–U formulation FEA program is compiled and the proposed transmitting boundaries are incorporated therein. Numerical examples show that the proposed viscous-spring boundary and its simplified form can provide accurate results for cylindrical elastic wave propagation problems with low or intermediate values of permeability or frequency content. For general two dimensional wave propagation problems, spuriously reflected waves can be greatly suppressed and acceptable accuracy can still be achieved by placing the simplified boundary at relatively large distance from the wave source. 相似文献
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隧道可液化土层围岩对地震动作用非常敏感,可液化土层动孔压的产生和发展使得地下结构受到上浮作用,从而影响地下结构的稳定性.通过对可液化土层中隧道动力响应计算,研究了不同静应力场隧道围岩动孔压场分布、围岩液化区域分布以及衬砌结构仰拱底与拱顶的动孔压差变化.研究结果表明,不同静应力场对围岩可液化土的动孔压分布、液化区域分布及... 相似文献
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基于饱和两相介质弹性波动方程分析SV波在饱和土体自由表面的反射问题,引入波动方程的势函数解答,求解出二维问题中SV波入射情况下饱和土体自由场的位移、速度、加速度和应力响应。在饱和土体自由场响应解析解基础上,建立SV波入射下饱和土体自由场静、动力有限元模型。建模中考虑了如下几方面因素:(1)在不同分析步,对土体单元赋予不同材料本构。通过*model change命令进行单元生死设定,从而实现在初始应力场平衡的静力状态下采用DuncanChang本构模型,而地震波动输入时采用Davidenkov动力本构模型;(2)采用多孔介质黏弹性人工边界条件,在人工边界上分别施加固相和液相介质的弹簧和阻尼来模拟饱和土体中能量的传播;(3)将地震波转化为作用在人工边界上的等效地震荷载,施加到人工边界节点上;(4)土体单元采用4结点平面应变孔压单元(CPE4P)。有限元计算与解析解比较结果表明:SV波在垂直入射和掠入射时,竖向位移响应为零;在45°左右入射时,水平位移响应最大;60°左右入射时,竖向位移响应最大。这些结论与解析解吻合较好,本文模型为建立土-结构动力相互作用模型打下良好的基础。 相似文献
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Mahdi Taiebat Boris Jeremić Yannis F. Dafalias Amir M. Kaynia Zhao Cheng 《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》2010
To predict the earthquake response of saturated porous media it is essential to correctly simulate the generation, redistribution, and dissipation of excess pore water pressure during and after earthquake shaking. To this end, a reliable numerical tool requires a dynamic, fully coupled formulation for solid–fluid interaction and a versatile constitutive model. Presented in this paper is a 3D finite element framework that has been developed and utilized for this purpose. The framework employs fully coupled dynamic field equations with a u–p–U formulation for simulation of pore fluid and solid skeleton interaction and a SANISAND constitutive model for response of solid skeleton. After a detailed verification and validation of the formulation and implementation of the developed numerical tool, it is employed in the seismic response of saturated porous media. The study includes examination of the mechanism of propagation of the earthquake-induced shear waves and liquefaction phenomenon in uniform and layered profiles of saturated sand deposits. 相似文献