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平面P波在饱和半空间中洞室周围的散射(II):数值结果 总被引：1，自引：0，他引：1
本文通过数值计算研究了入射平面P波在饱和半空间中洞室周围散射问题,分析了入射波频率和角度、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等参数对散射的影响。研究表明,平面P波入射情况下,饱和半空间和单相(干土)半空间中洞室附近地表位移幅值的差别很大,干土情况的水平位移幅值相对较大,饱和情况的竖向地表位移幅值相对较大;由于波在洞室附近的干涉,饱和情况与干土情况的地表位移出现相位漂移。随着孔隙率的增大,洞室附近水平地表位移幅值逐渐减小,竖向地表位移幅值则逐渐增大;当孔隙率较低时,边界渗透条件对地表位移幅值的影响很小,而当孔隙率较大时,边界渗透条件的影响则不可忽视,不透水情况下,水平和竖向地表位移幅值的峰值均相对较大;随着入射频率的增加,孔隙率的影响逐渐增大,而且不透水情况下孔隙率的影响相对较大。随着泊松比的增大,洞室附近水平地表位移幅值逐渐降低,竖向地表位移幅值则逐渐增大;泊松比较小时,边界渗透条件对位移幅值的影响较大,泊松比较大时,边界渗透条件对位移幅值的影响则较小;随着入射频率的增加,泊松比的影响逐渐增大。当孔隙率较小时,半空间地表和洞室表面孔隙水压幅值较小,但空间变化比较剧烈,随着孔隙率的增大,孔隙水压逐渐增大但空间变化逐渐平缓;随着入射频率的增加,孔隙水压幅值逐渐增大,且孔隙水压的空间变化逐渐变得复杂。 相似文献
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本文通过数值计算研究了入射平面P波在饱和半空间中洞室周围散射问题，分析了入射波频率和角度、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等参数对散射的影响。研究表明，平面P波入射情况下，饱和半空间和单相（干土）半空间中洞室附近地表位移幅值的差别很大，干土情况的水平位移幅值相对较大，饱和情况的竖向地表位移幅值相对较大；由于波在洞室附近的干涉，饱和情况与干土情况的地表位移出现相位漂移。随着孔隙率的增大，洞室附近水平地表位移幅值逐渐减小，竖向地表位移幅值则逐渐增大；当孔隙率较低时，边界渗透条件对地表位移幅值的影响很小，而当孔隙率较大时，边界渗透条件的影响则不可忽视，不透水情况下，水平和竖向地表位移幅值的峰值均相对较大；随着入射频率的增加，孔隙率的影响逐渐增大，而且不透水情况下孔隙率的影响相对较大。随着泊松比的增大，洞室附近水平地表位移幅值逐渐降低，竖向地表位移幅值则逐渐增大；泊松比较小时，边界渗透条件对位移幅值的影响较大，泊松比较大时，边界渗透条件对位移幅值的影响则较小；随着入射频率的增加，泊松比的影响逐渐增大。当孔隙率较小时，半空间地表和洞室表面孔隙水压幅值较小，但空间变化比较剧烈，随着孔隙率的增大，孔隙水压逐渐增大但空间变化逐渐平缓；随着入射频率的增加，孔隙水压幅值逐渐增大，且孔隙水压的空间变化逐渐变得复杂。 相似文献
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平面SV波在饱和半空间中沉积谷地周围的散射 总被引：1，自引：0，他引：1
采用一种特殊的间接边界积分方程法,求解了平面SV波在饱和半空间中任意形状沉积谷地周围的二维散射问题。结合饱和半空间中膨胀波源和剪切波源格林函数,由分布在沉积和半空间交界面附近两虚拟波源面上的波源分别构造沉积内外的散射波场,由交界面连续条件建立方程并求解确定虚拟波源密度,总波场反应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以及稳定性检验,验证了方法的计算精度。通过一组典型算例,研究了平面SV波在饱和半空间中沉积谷地周围散射的基本规律,详细给出了不同参数情况沉积谷地附近地表位移幅值和孔隙水压,着重分析了入射SV波频率和角度、边界渗透条件、沉积孔隙率等因素对场地反应的影响,得出了一些有益的结论。 相似文献
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以Biot饱和多孔介质动力学理论为基础,利用Fourier Bessel级展开法,给出了饱和多孔介质半空间中半球形凹陷地形对入射平面SV波散射问题的解析解.利用这一解析解数值计算地表位移幅值,分析入射角、入射波频率对地表位移幅值的影响,并与现存的单相介质情况下三维半球形凹陷问题解析解进行对比得出如下结论：(1)本文两相介质模型与单相介质模型有很大区别;(2)入射角、入射频率对场地表面位移分量有重要影响;(3)随着入射角、入射频率的增大,地表位移分布变得更复杂,且放大效应比单相介质模拟结果更加显著. 相似文献
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弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射 平面SH波的三维散射(Ⅱ) 数值结果与分析 总被引：1，自引：1，他引：0
以基岩上单一土层场地为例, 计算分析了在斜入射平面SH波作用下弹性层状半空间中无限长洞室附近的地表位移. 研究表明, 层状半空间中地下洞室对波的散射与均匀半空间情况存在显著差别. 层状场地由于考虑了场地自身的动力特性, 使得洞室附近地表位移幅值的空间变化更为复杂, 基岩与土层刚度比、 土层厚度对散射效应均有着重要影响. 随着基岩与土层刚度比的增大, 地表位移幅值整体上逐渐增大; 随着土层厚度的增大, 土层对地表位移幅值的影响逐渐减小. 在频域解答的基础上, 给出了层状半空间中洞室对斜入射SH波散射的时域解答, 并以Ricker波为例进行了数值计算. 相似文献
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以基岩上单-土层场地为例,计算分析了在斜入射平面SH波作用下弹性层状半空间中无限长洞室附近的地表位移.研究表明,层状半空间中地下洞室对波的散射与均匀半空间情况存在显著差别.层状场地由于考虑了场地自身的动力特性,使得洞室附近地表位移幅值的空间变化更为复杂,基岩与土层刚度比、土层厚度对散射效应均有着重要影响.随着基岩与土层刚度比的增大,地表位移幅值整体上逐渐增大;随着土层厚度的增大,土层对地表位移幅值的影响逐渐减小.在频域解答的基础上,给出了层状半空间中洞室对斜入射SH波散射的时域解答,并以Ricker波为例进行了数值计算. 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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采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下夹塞对平面SH波散射的半解析解; 利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组夹塞断面样本, 通过对该样本在平面SH波入射下地表位移幅值的统计分析, 研究了夹塞断面形状随机性对平面SH波散射的影响. 结果表明, 夹塞断面形状随机性对平面SH波的散射具有重要影响. 以圆形夹塞为例, 当断面半径的变异系数为0.1时, 地表位移响应幅值变异系数可达0.71. 随着入射频率的升高, 变异系数逐渐增大; 随着夹塞刚度的降低, 变异系数逐渐增大; 随着夹塞埋深的增加, 变异系数逐渐减小. 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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An analytical approach is used to study the torsional vibrations of a rigid circular foundation resting on saturated soil to obliquely incident SH waves. Biot’s poroelastic dynamic theory is considered to characterize the saturated soil below the foundation, which is solved by Hankel transform later. In order to consider the scattering phenomena caused by the existence of the foundation, the total wave field in soil is classified into free-field, rigid-body scattering field and radiation scattering field. According to the classification of wave field and the mixed boundary-value conditions between the soil and the foundation, torsional vibrations of the foundation are formulated in two sets of dual integral equations. Then, the dual integral equations are reduced to Fredholm integral equation of the second kind to be solved. Combining with the dynamic equilibrium equations of the foundation, the expressions for the torsional vibrations of the foundation are obtained. Numerical results are presented to demonstrate the influence of excitation frequency, incident angle, the torsional inertia moment of the foundation and permeability of the saturated half-space on the torsional vibrations of the foundation. 相似文献
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This study examines the flexural-gravity wave scattering by a semi-circular ridge submerged in the ocean covered by a thin ice sheet. The ice sheet is treated as an elastic plate and its deflection is modelled using the Euler-Bernoulli beam equation. The fluid motion is described by linear potential theory. The series solutions of velocity potentials for obliquely and normally incident waves are both developed using multipole expansions. The unknowns in the series solutions are determined in terms of the impermeable condition on the ridge surface. Accurate results for the reflection and transmission coefficients of ridge and the deflection of ice sheet are presented. The effects of ridge radius, ice thickness, wave frequency and wave incident angle on the hydrodynamic quantities are shown. 相似文献
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越来越多的研究表明来自基岩的地震波并不是垂直地面向上传播的。地震波在斜入射与垂直入射时所产生的场地效应有很大不同,由于存在全反射现象,SV波在斜入射时产生的场地效应更为复杂。文章基于均匀弹性半空间地震波传播理论,分别推导得到SV波入射角在小于、大于等于临界角时地震动的计算表达式,通过模型算例研究SV波全反射作用下的地震动特性。研究发现：由SV波产生的地震动主要由入射波和反射波构成,滑行波作用可以忽略;地面运动轨迹具有面波旋转振动特点;随着入射角的增大,地面震动从以水平方向振动为主逐渐过渡到以垂直方向振动为主,两个方向的振动均小于入射波峰值的2倍。 相似文献
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本文将普遍声逆散射微扰论应用于弹性波层析成像问题,在Born变换下推出了以旋转角为补偿参数的各阶微扰重建公式,实现了对非均匀各向同性散射体内3个参数（质量密度ρ和两个Lamé系数λ,μ）的同时重建. 对于层析成像问题,在弹性波的传播过程中P波与SV波有耦合,但它们不会和SH波发生耦合,于是可以得到3个形式相对简单的标量方程. 在Born变换下,在散射波中引入微扰参数,将散射体的3个参数分别按该微扰参数展开,然后利用二维自由空间的Green函数分别得到散射的P波、SV波和SH波的积分表示. 最后,经一维傅氏变换后,得到Born变换下散射体3个参数的各阶微扰重建公式. 相似文献
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为了考虑地震波斜入射对坝后式厂房易损性的影响,通过斜入射SV波和P波波场叠加,在地表得到与实测地震动一致的设计地震动分量。同时为了考虑坝后式厂房的动力损伤,在程序中嵌入混凝土动力损伤本构,编写了可以考虑地震波斜入射体系的结构易损性分析程序。最后从太平洋地震工程研究中心（PEER）数据库中选取26条近场地震动数据,根据峰值地面加速度（PGA）对每条地震波进行调幅,以我国西南地区某坝后式厂房为工程实例,用增量动力学分析法计算了其上下游墙体在不同强度斜入射体系地震动作用下的易损性曲线。与传统垂直入射模式下的地震易损性曲线对比发现,传统垂直入射下的破坏概率较高,两种入射模式破坏概率最大相差26%。其中,坝后式厂房下游墙的破坏概率比上游墙大,最大相差可19%。因此坝后式厂房的抗震设计需考虑地震波斜入射的影响,并重点考虑下游墙部位的抗震安全性。 相似文献
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利用黏弹性人工边界和等效地震荷载时域波动输入方法,结合土层和半空间的精确动力刚度矩阵,实现了地震波斜入射下层状场地地下综合管廊地震反应分析,建立了不同场地条件下地下综合管廊分析模型。计算结果表明:地震波倾斜入射情况下,综合管廊结构地震响应与垂直入射时具有显著差异,一般SV波以30°临界角附近入射时结构地震反应最为剧烈;地下综合管廊动应力集中主要分布在管廊角部、中柱上下端;成层土波速结构变化对地下综合管廊地震反应亦具有显著影响。总体上看:当穿越软夹层时管廊结构地震反应更为剧烈,且覆盖层越厚,管廊结构内力幅值越大。因此地下综合管廊结构抗震设计宜考虑地震波倾斜入射及场地土层性质的影响。 相似文献
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地震动入射角度对地下结构地震响应的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明：地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。 相似文献
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J. E. Luco 《地震工程与结构动力学》1976,4(3):207-219
A study is made of the torsional response of an elastic structure placed on a rigid circular foundation supported on an elastic half-space and subjected to the action of obliquely incident plane SH waves. The problem is solved by considering first the steady-state response of a massless rigid foundation excited externally by a harmonic torque and through the soil by an obliquely incident plane SH wave. In a second stage the coupling between the structure and the soil is considered to obtain the torsional response at the base and top of the superstructure. The results obtained indicate a range of conditions under which the torsional effects will be most pronounced. 相似文献
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《地震科学（英文版）》2019,(Z1)
A two and a half dimensional(2.5 D) multidomain indirect boundary element method(IBEM) is developed to study the wave scattering of obliquely incident P-, SVand SH-waves by a hill-valley staggered topography in a multi-layered half-space. The IBEM algorithm includes using2.5 D full-space and half-space Green's functions to construct scattered fields in decomposed closed and opened half-space regions, respectively, and using the dynamic stiffness method to solve the free fields. All regions are finally integrated by introducing the compatibility conditions to obtain the total wave fields. The proposed 2.5 D IBEM has the flexibility in dealing with complex boundaries by directly applying the fictitious loads on the regions' boundaries, with a less storage requirement compared to the full 3 D models. Besides, by combining the specific advantages of the two kinds of Green's functions, the method is well suitable for handling coupled topographies with high accuracy. The method is validated by comparison with published results for a single valley as well as a single hill topography. The effects of height-to-width ratio of hill and layering on dynamic responses are further parametrically investigated by numerical implementations in frequency domain. Results show that the interaction between valley and hills can lead to a more significant amplification within the valley region, and dynamic responses are deeply influenced by the height-towidth of hill, simultaneously depending on incident angle and frequency. Besides, the site effects become more complex when the stratification feature is taken into account. 相似文献