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模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法 总被引：2，自引：0，他引：2
高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率.同时,根据Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)数值积分点与插值点重合的特点,将稠密单元刚度矩阵的存储转化成单元雅克比矩阵行列式的值及其逆的存储,大幅减少谱元法计算内存开销.此外,在模型边界上利用逐元并行谱元法求解二阶位移形式完美匹配层(PML)吸收边界条件,消除边界截断而引入的虚假反射.通过逐元并行谱元法得到的数值解与解析解对比,以及实际地震波场模拟,数值结果证实了逐元并行谱元法用于地震波场模拟的高效性. 相似文献
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本文提出了一种计算不规则起伏地形中SH波散射的有效方法——局域边界元法.本方法基于传统边界元法,为计算复杂地表散射问题提供了一种更加高效的解决方案.根据地震波满足的边界积分方程中牵引力格林函数的特性,我们将自由边界分解成水平部分和起伏部分.通过公式推导,可将水平部分的位移由起伏部分的位移通过格林函数线性叠加表示,因此只需对起伏部分的位移进行直接求解,从而极大地减少了待求解的未知数个数,显著提高了计算效率.通过与半圆形山谷SH波平面波入射的解析解比较,验证了方法的正确性.数值模型比较显示,局域边界元模拟结果与传统边界元数值解完全吻合,但是大幅提高了计算效率.因此,局域边界元法可以作为模拟不规则地形中地震波散射的有效工具. 相似文献
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地震波场数值模拟是理论地球物理学和勘探地球物理学的重要研究手段.在众多数值模拟方法中边界元法和有限差分法是两种典型的地震波传播模拟计算方法.边界元法是一种半解析-半数值的边界型方法,它显式地利用边界连续条件,沿着地层边界进行离散,具有降维、高精度和自动满足远场辐射条件的优点;有限差分法是一种典型的基于微分的区域型方法,它隐式地使用边界连续条件,以空间网格形式进行离散和数值逼近,具有高效、实用和容易数值实现的优点.本文以一个半圆形均匀Valley模型和两个非均匀断裂/断层模型为例,从计算精度、计算效率、频散特性以及适用性等方面对这两种方法进行了比较研究.数值计算结果表明:边界元法可以精确地几何描述有内部断点、断面的复杂构造,能够精确地模拟内部不规则界面之间波的反射/传播;有限差分法不能以足够的精度描述几何断点和内部不规则边界.边界元法在高频时计算量大于有限差分法,有限差分法则需要更小的网格间距以压制数值频散.因此,在处理内部非均质和高频计算时,有限差分法更有效;在处理内部不规则边界、断点、大尺度等问题时,边界元法比有限差分法更有优势. 相似文献
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结合典型工程实例，采用在土体侧向边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟，在平面应变单元和桩体梁单元连接处用约束方程的方法进行节点耦合、满足连续条件，选择桩、土、荷载参数，用整体有限元方法进行桩－土－结构相互作用体系的地震反应分析。重点讨论了三种不同的上部结构刚度对桩基地震内力的影响，得到了在水平地震荷载作用下上部结构刚度的增大将增大桩基的内力及水平位移，且桩顶及桩身处于第一个软硬土层交界面处的截面的内力尤为突出等结论。关键词：上部结构刚度改变；桩－土－结构相互作用；弹性－阻尼边界；地震反应分析 相似文献
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时域高阶双渐近透射边界能够同时模拟层状介质中行波和快衰波的传播,具有很高的计算精度和计算效率.本文将高阶双渐近透射边界推广应用到多层层状地基系统弹性波传播问题的模拟,采用广义特征值分解分析该透射边界的数值稳定性,通过移谱法消除导致数值不稳定的虚假模态.将高阶双渐近透射边界以超单元的形式直接嵌入到近场有限元方程,建立了有限元-高阶双渐近透射边界时域耦合分析模型,并将其应用到重力坝-层状地基动力相互作用分析.数值算例分析结果表明,该时域耦合分析模型具有很高的精度和计算效率,适用于实际重力坝工程的地震响应分析. 相似文献
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Earth medium is not completely elastic, with its viscosity resulting in attenuation and dispersion of seismic waves. Most viscoelastic numerical simulations are based on the finite-difference and finite-element methods. Targeted at viscoelastic numerical modeling for multilayered media, the constant-Q acoustic wave equation is transformed into the corresponding wave integral representation with its Green’s function accounting for viscoelastic coefficients. An efficient alternative for full-waveform solution to the integral equation is proposed in this article by extending conventional frequency-domain boundary element methods to viscoelastic media. The viscoelastic boundary element method enjoys a distinct characteristic of the explicit use of boundary continuity conditions of displacement and traction, leading to a semi-analytical solution with sufficient accuracy for simulating the viscoelastic effect across irregular interfaces. Numerical experiments to study the viscoelastic absorption of different Q values demonstrate the accuracy and applicability of the method. 相似文献
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复杂近地表散射衰减所有的地面观测波场,形成半随机半相干的近地表强散射噪音背景,弥漫整个炮集,淹没深层反射信号,是导致地震资料极低信噪比的主要原因.如何研究和评价近地表散射强度一直是石油勘探未解决的问题,这与起伏地表的粗糙度、近地表速度横向变化和结构倾角分布密切相关.基于前期复杂近地表边界元法波动方程数值模拟研究,本文提出一种复杂近地表散射振幅矩阵方法来分析近地表散射强度.首先对复杂近地表结构进行边界元配置方法离散,根据边界积分方程生成矩阵方程.我们不求解该矩阵方程(涉及海量计算),只是利用矩阵分析技术来解析矩阵方程中的散射振幅系数矩阵,研究复杂近地表结构对不同频率波场的散射强度.该方法利用边界元对近地表结构几何特征的精确表征,研究起伏地表和非规则地质分界面对地震波传播的影响,由基本解及其在边界上的法向导数经过高斯数值积分计算得到的散射振幅系数矩阵,不仅描述了任意两点之间的相互影响,同时还刻画了边界形状特征的影响,为评价不同地质结构的散射强度提供了可能性.作为初步评价手段,我们采用矩阵元素总和与矩阵维数之比作为表征散射振幅系数矩阵散射特征的标量复杂系数,通过理论和实际模型测试,形成了一套行之有效、计算快速的近地表复杂性分析方法. 相似文献
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间断Galerkin有限元法（DG-FEM）作为一种有效的高阶有限元法受到了国内外学者的广泛关注.本文基于任意高阶间断Galerkin有限元法对弹性波方程进行空间离散,并将离散后所得的非齐次线性常微分方程系统齐次化,最后结合针对齐次问题的强稳定性保持龙格库塔（SSP Runge-Kutta）算法,将DG-FEM推广至时间任意高阶精度.另外,借鉴近最佳匹配层（NPML）的思想,基于复频移（CFS）拉伸坐标变换推导了一种新的PML吸收边界条件（简称为CFS-NPML）,该CFS-NPML能够与DG-FEM算法很好地结合,形成有效的起伏地表地震波传播数值模拟技术.数值试验结果表明,DG-FEM具有高阶精度,可以适应任意复杂起伏地表和复杂构造情况下的弹性波传播数值模拟.同时,CFS-NPML对包括面波等震相的人为边界反射都具有良好的吸收效果. 相似文献
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A boundary integral formulation is presented and applied to model the ground motion on alluvial valleys under incident P, S and Rayleigh waves. It is based on integral representations for the diffracted and the refracted elastic waves using single-layer boundary sources. This approach is called indirect BEM in the literature as the sources' strengths should be obtained as an intermediate step. Boundary conditions lead to a system of integral equations for boundary sources. A discretization scheme based on the numerical and analytical integration of exact Green's functions for displacements and tractions is used. Various examples are given for two-dimensional problems of diffraction of elastic waves by soft elastic inclusion models of alluvial deposits in an elastic half-space. Results are displayed in both frequency and time domains. These results show the significant influence of locally generated surface waves in seismic response and suggest approximations of practical interest. For shallow alluvial valleys the response and its resonant frequencies are controlled by a coupling mechanism that involves both the simple one-dimensional shear beam model and the propagation of surface waves. 相似文献
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Michel Bouchon 《Pure and Applied Geophysics》1996,148(1-2):3-20
We review the application of the discrete wave number method to problems of scattering of seismic waves formulated in terms of boundary integral equation and boundary element methods. The approach is based on the representation of the diffracting surfaces and interfaces of the medium by surface distributions of sources or by boundary source elements, the radiation from which is equivalent to the scattered wave field produced by the diffracting boundaries. The Green's functions are evaluated by the discrete wave number method, and the boundary conditions yield a linear system of equations. The inversion of this system allows the calculation of the full wave field in the medium. We investigate the accuracy of the method and we present applications to the simulation of surface seismic surveys, to the diffraction of elastic waves by fractures, to regional crustal wave propagation and to topographic scattering. 相似文献
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有限差分方法是波场数值模拟的一个重要方法,但常规的有限差分法本身存在着数值频散问题，会降低波场模拟的精度与分辨率，为了克服常规差分算子的数值频散，本文采用25点优化差分算子，再根据最优化理论求取的优化系数，建立了频率空间域中弹性波波动方程的差分格式；为了消除边界反射，引入最佳匹配层，构造了各向同性介质中弹性波方程在不同边界和角点处的边界条件. 最后由弹性波波动方程和边界条件，通过频率域有限差分法，分别利用不同震源对弹性波在均匀各向同性介质、层状介质及凹陷模型中的传播过程进行了数值正演模拟，得到了单频波波场、时间切片和共炮点道集，为下一步的研究工作（如成像、反演）提供了研究基础. 相似文献
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Elastic wave propagation in an irregularly layered medium 总被引：1，自引：0，他引：1
Rossana Vai Jos Manuel Castillo-Covarrubias Francisco J. Snchez-Sesma Dimitri Komatitsch Jean-Pierre Vilotte 《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》1999,18(1):385
The indirect boundary element method (IBEM) is used to simulate wave propagation in two-dimensional irregularly layered elastic media for internal line sources. The method is based on the integral representation for scattered elastic waves using single layer boundary sources. Fulfillment of the boundary conditions leads to a system of integral equations. Results are obtained in the frequency domain and seismograins are computed through Fourier synthesis. In order to test and validate the method we present various comparisons between our results and the time series obtained analytically for a buried line source in a half-space and by using the recently developed spectral element method (SEM). 相似文献