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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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P-SV波斜入射时成层半空间自由场的时域算法 总被引：3，自引：0，他引：3
刘晶波和王艳提出了一种弹性水平成层半空间中平面P-SV波斜入射时平面内自由波场时域计算的一维化有限元方法,该方法采用黏性人工边界条件近似地模拟下部基岩半空间的辐射阻尼,可导致平面P-SV波以大角度入射时自由场计算精度降低.本文提出一种精确模拟基岩半空间辐射阻尼的人工边界条件.由于基岩半空间中外行波是传播方向已知的平面P波和SV波,利用弹性介质的应力-位移本构关系建立了人工边界处应力与速度的阻抗边界条件;采用该人工边界条件替代黏性边界条件,改进了P-SV波斜入射时成层半空间自由场的时域算法.数值试验表明,与采用黏性边界条件的自由场算法相比,改进方法具有更高的计算精度,其计算结果与理论解吻合更好. 相似文献
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层状半空间中洞室对平面SH波的放大作用 总被引：1，自引：0，他引：1
利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中洞室对入射平面SH波的放大作用问题,并以基岩上单一土层中洞室对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。本文模型的特点之一是考虑了层状场地的动力特性,因而更接近于实际工程;特点之二是计算精度非常高。研究表明,层状半空间中洞室对波的放大作用与均匀半空间中情况有着本质的差别;层状半空间中洞室附近地表动力响应由土层动力特性和洞室对波的散射二者共同决定。土层动力特性不仅影响洞室附近地表位移的幅值,还会影响地表位移的频谱。在土层的前几阶共振频率附近,随着基岩与土层剪切波速比的增大,土层的影响随之增大,而随着土层厚度的增加,土层的影响随之减小,并逐渐趋于均匀半空间情况。 相似文献
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采用刚度矩阵方法结合Hankel积分变换,求解了层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波的自由波场.首先,在柱坐标系下建立层状黏弹性半空间的反轴对称(柱面SH波)和轴对称(柱面P-SV波)情况精确动力刚度矩阵.进而由Hankel变换将空间域内的球面波展开为波数域内柱面波的叠加,然后将球面波源所在层的上下端面固定,求得固定层内的动力响应和固定端面反力,将固端反力反向施加到层状黏弹性半空间上,采用直接刚度法求得固端反力的动力响应,叠加固定层内和固端反力动力响应,求得波数域内球面波源动力响应.最后由Hankel积分逆变换求得频率-空间域内球面波源自由场,时域结果由傅里叶逆变换求得.文中验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中球面SH、P和SV波为例分别在频域和时域内进行了数值计算分析.研究表明基岩上单一土层中球面波自由场与均匀半空间情况有着本质差异;基岩上单一土层中球面波位移频谱峰值频率与场地固有频率相对应,基岩面的存在使得基岩上单一土层地表点的位移时程非常复杂,振动持续时间明显增长;阻尼的增大显著降低了动力响应的峰值,同时也显著减少了波在土层的往复次数. 相似文献
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利用地震波斜入射下水下地基场地地震动分析的一维化时域算法,推导了平面P波入射下,水下地基场地的位移、加速度和应力表达式,重点分析了水深变化对位移峰值、加速度峰值、剪应力峰值和孔隙水压力峰值沿土层深度的分布规律。数值结果表明:同一土层深度处,当水深不超过1倍的土厚时,竖向位移峰值随水深的增大而增大;当水深超过1倍的土厚时,竖向位移峰值随水深的增大而减小。水平位移峰值与水深的关系基本上与竖向位移峰值相反。同一水深下,竖向位移峰值沿土深不断减小,水平位移峰值呈先减小后增加的趋势。同一水深下,竖向加速度峰值沿土深是一个不断减小的过程,水平位移峰值是一个反复增大和减小的过程。在0.75倍的土厚到基岩的范围外,水深对剪应力峰值的影响均较小。孔隙水压力峰值沿土深的分布大致是先减小再增加最后减小。 相似文献
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平面SV波在层状半空间中沉积谷地周围的散射 总被引：2，自引：0，他引：2
采用间接边界元方法求解了入射平面SV波在层状半空间中沉积谷地周围的散射问题.问题的解答包含自由场和散射场两部分.自由场可由直接刚度法求得,散射场由层状半空间中斜线荷载动力格林函数来模拟.文中以入射平面SV波在基岩上单一土层中沉积谷地周围散射为例研究了土层和沉积谷地周围的影响.结果表明,由于考虑了土层的动力特性,平面SV... 相似文献
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弹性层状半空间中凸起地形对入射平面SH波的放大作用 总被引：7，自引：0，他引：7
对Wolf理论进行拓展,使之可解决凸起地形对波的散射问题,进而利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中凸起地形对入射平面SH波的放大作用问题。本文模型的显著特点之一是考虑了层状半空间的动力特性以及层状半空间和凸起地形的阻尼;特点之二是计算精度高。文中以基岩上单一土层中半圆凸起地形对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。研究表明,基岩上单一土层中凸起地形对入射平面SH波放大作用和均匀半空间中凸起地形有着本质的差别;土层动力特性不仅影响凸起地形地表位移的幅值,还会影响地表位移的频谱;阻尼会显著降低凸起地形对高频波的放大作用。 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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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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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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为了研究强震区桥梁跨活动断层时，桩基在地震中的动力响应，以海文大桥为工程背景，利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型，研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下，桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用，而基岩对桩身加速度几乎不产生作用；断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大，但达到振幅的时刻一致；上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降；桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩；应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计，及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计；上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计，下盘桩基础按动剪应力控制设计。 相似文献
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The dynamic soil-structure interaction of a shear wall embedded in elastic isotropic and homogeneous soil layers underlain by bedrock, subjected to SH waves, is modeled in the present article. The soil layers consist of irregular interfaces and it has been shown that the scattering due to the roughness of the layers has significant effect on the displacement of both the foundation and the shear wall. To demonstrate the phenomena indirect boundary element method(IBEM) has been used on the basis of its validation in previous problems of similar type. The system response is compared with the analytical solution of the same type of model for vertically propagating incident SH waves. It is observed that for the low frequency of wave, displacement is abruptly high, and as a result the combination of shear wall and foundation perceives resonance. The thickness of the soil layer, mass of the shear wall, stiffness of the bedrock and the soil layers all affects the system frequency and displacement. 相似文献
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本文旨在讨论位于回填土场地上及回填土场地深挖基坑内的强震动观测仪所获得地震动是否是真实自由场地震动,若不是,其影响如何?结合回填土场地的强震动观测台站建设的实际情形,建立了回填土场地和回填土场地深挖基坑的有限元分析模型,基于集中质量显式动力有限元数值模拟方法,分析了回填土的波速和厚度、基坑尺寸对自由场地震动的影响.同时,提出了通过用重塑土置换回填土以降低回填土对自由场地震动影响的措施,并对重塑土置换回填土的效果进行了数值模拟分析.结果表明:回填土上和回填土深挖基坑内的地震动峰值和反应谱值与原始场地的均有明显的差异,随着回填土厚度和基坑深度的增加,其差异越大;通过重塑土置换回填土可以减小回填土对场地地震动的影响.本文所得关于回填土、基坑和重塑土的影响规律可为回填土场地上强震动观测结果的合理利用以及强震动观测台站建设提供依据. 相似文献
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把波函数展开方法用于饱和多孔介质中波的传播的研究中,给出了不同土层界面条件（透水条件和不透水条件）下具有饱和土沉积层的圆弧形沉积河谷场地对平面SV波散射问题的解析解. 其中沉积谷软土场地用饱和多孔介质的Biot动力学理论模拟,半空间场地用单相介质弹性动力理论模拟. 对于入射角大于临界入射角时,产生的面波的波函数用有限Fourier级数展开,这种方法适用于较大的入射波频率范围,这是现存的数值方法所不能比拟的一大优点. 文中算例分析了入射波频率和入射角对地震地面运动的影响. 相似文献
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In this paper, the role that the site dynamic characteristics play in soil–structure interaction is studied on a simple model in which the site is represented as a soil layer over bedrock (half-space), and using the indirect boundary-element method (IBEM). For the purpose of comparison with published analytical solutions, the structure is represented as a shear wall supported by a semi-circular rigid foundation, subjected to incident plane SH waves. The accuracy of the method is verified, numerical results are analyzed, and the model response is compared with earthquake observations at the Hollywood Storage Building. It is shown that the effects of dynamic soil–structure interaction may become more significant near the characteristic frequencies of the site, and that the resonance of the system shifts to lower frequencies. The thickness of the soil layer, the stiffness of the bedrock, and the mass and the stiffness of the superstructure all influence the values of the system frequencies and system amplitudes. 相似文献
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A procedure for the seismic analysis of underground tunnels using recorded free-field earthquakes based on the 2.5D finite/infinite element approach is presented. The near and far fields of the half space are modeled by finite and infinite elements, respectively. Using the 1D wave theory, the nodal force and displacement on the near-field boundary are computed for each spectral frequency of the earthquake. Then, equivalent seismic forces are computed for the near-field boundary for the earthquake spectrum. By assuming the soil-tunnel system to be uniform along the tunnel axis, the 2.5D approach can account for the wave transmission along the tunnel axis, which reduces to the 2D case for infinite transmission velocity. The horizontal and vertical components of the 1999 Chi-Chi Earthquake (TCU068) are adopted as the free-field motions in the numerical analysis. The maximal stresses and distribution patterns of the tunnel section under the P- and SV-waves are thoroughly studied by the 2.5D and 2D approaches, which should prove useful to the design of underground tunnels. 相似文献