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Physics-based seismic analysis of ancient wood structure:fault-to-structure simulation
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作者 ba zhenning Fu Jisai +3 位作者 Wang Fangbo Liang Jianwen Zhang Bin Zhang Long 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 SCIE EI CSCD 2024年第3期727-740,共14页
Based on the domain reduction method,this study employs an SEM-FEM hybrid workflow which integrates the advantages of the spectral element method(SEM)for flexible and highly efficient simulation of seismic wave propag... Based on the domain reduction method,this study employs an SEM-FEM hybrid workflow which integrates the advantages of the spectral element method(SEM)for flexible and highly efficient simulation of seismic wave propagation in a three-dimensional(3D)regional-scale geophysics model and the finite element method(FEM)for fine simulation of structural response including soil-structure interaction,and performs a physics-based simulation from initial fault rupture on an ancient wood structure.After verification of the hybrid workflow,a large-scale model of an ancient wood structure in the Beijing area,The Tower of Buddhist Incense,is established and its responses under the 1665 Tongxian earthquake and the 1730 Yiheyuan earthquake are simulated.The results from the simulated ground motion and seismic response of the wood structure under the two earthquakes demonstrate that this hybrid workflow can be employed to efficiently provide insight into the relationships between geophysical parameters and the structural response,and is of great significance toward accurate input for seismic simulation of structures under specific site and fault conditions. 展开更多
关键词 spectral element method finite element method fault-to-structure simulation physical model domain reduction method
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社区尺度斜入射波场下场地-建筑群耦合作用模拟方法
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作者 巴振宁 付继赛 +2 位作者 王方博 梁建文 牛嘉琪 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1-11,37,共12页
场地-城市相互作用(site-city interaction,SCI)效应会显著改变场地地震波场分布及建筑反应,基于SCI效应理论计算研究方法的发展现状,发挥谱元(spectral element,SE)法可快速高效求解三维地震波场传播和多自由度(multi-degree of freedo... 场地-城市相互作用(site-city interaction,SCI)效应会显著改变场地地震波场分布及建筑反应,基于SCI效应理论计算研究方法的发展现状,发挥谱元(spectral element,SE)法可快速高效求解三维地震波场传播和多自由度(multi-degree of freedom,MDOF)模型计算量小且可同时模拟大量建筑的优势,同时,结合频率波数域(frequency wave number analysis,FK)方法,以等效地震荷载的方式施加地震波场,建立了FK-SE-MDOF耦合方法,实现了SE-MDOF耦合模型中多种波型(P波、SV波和SH波)的斜入射输入,解决了当前三维SCI效应研究方法中未能同时考虑建筑非线性、频谱特性、地震波波型及入射角度影响的问题。首先对方法原理进行了介绍;然后,通过与振动台试验的对比,验证了方法的正确性;进而,采用该方法建立理想场地-城市建筑群相互作用耦合模型,主要探讨了入射角度和地震波波型对SCI效应的影响,得到了一些有益结论。该方法较为真实地反映SCI效应影响的同时,可反映建筑基础轮廓对地震波场的影响,适用于需考虑建筑轮廓信息的社区尺度SCI效应研究,可为城市规划、抗震设计、风险评估以及震后救援等工作提供定量指导。 展开更多
关键词 场地-城市相互作用(SCI) 频率波数域-谱元-多自由度模型(FK-SE-MDOF)方法 斜入射 建筑群 社区尺度
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基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟
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作者 巴振宁 赵靖轩 +1 位作者 桑巧稚 梁建文 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1387-1397,共11页
为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应... 为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。 展开更多
关键词 非线性地震反应 三维沉积盆地 Davidenkov本构模型 谱元法
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盾构隧道横断面反应位移法在ABAQUS软件中的开发及工程应用 被引量:3
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作者 梁建文 于明东 +1 位作者 巴振宁 杨贵生 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期111-119,共9页
依据现行规范中的反应位移法计算框架,利用通用有限元软件ABAQUS的二次开发接口,研发了针对盾构隧道横断面反应位移法的高效自动化计算软件ARCS(ABAQUS-Response deformation method of Crosssection System,简称ARCS)。该计算软件调用... 依据现行规范中的反应位移法计算框架,利用通用有限元软件ABAQUS的二次开发接口,研发了针对盾构隧道横断面反应位移法的高效自动化计算软件ARCS(ABAQUS-Response deformation method of Crosssection System,简称ARCS)。该计算软件调用自行编制的一维地层地震响应等效线性分析程序,计算场地非线性地震响应;然后建立隧道横断面有限元模型,将地层相对位移、结构惯性力和结构与周围土层剪力等信息赋予模型并提交计算,完成后输出结构内力图,实现了整个流程的一体化及自动化操作。文中给出了Python语言与Fortran语言在ABAQUS环境下联合开发、ABAQUS中非线性弹簧自动定义、ABAQUS直接输出隧道结构内力图等问题的解决方法。结合某地铁盾构隧道典型横断面,对软件性能进行了验证,结果表明:该计算软件能够准确高效进行反应位移法模型求解。该软件有利于提高反应位移法的实际应用效率,对ABAQUS二次开发应用也具有一定参考价值。 展开更多
关键词 ABAQUS二次开发 盾构隧道 横断面 反应位移法 软件开发
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基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟 被引量:3
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作者 巴振宁 赵靖轩 +2 位作者 张郁山 梁建文 张玉洁 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1125-1138,共14页
基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发... 基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区. 展开更多
关键词 宽频地震动 运动学混合震源模型 确定性物理模型地震动模拟 谱元法
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2021年漾濞6.4级近断层宽频地震动模拟:一种改进的FK方法 被引量:4
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作者 巴振宁 刘悦 +2 位作者 赵靖轩 张郁山 梁建文 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期709-719,共11页
将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高... 将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高效模拟。方法建立修正动力刚度矩阵法求解理论格林函数,有效解决了一维地壳速度结构传播高频地震波的问题;有限断层面上低频确定性成分及高频随机成分的合理结合,有效解决了断层破裂过程辐射出高频地震波的问题。将方法应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级浅源破坏地震模拟,通过与8个台站(涵盖了近场、中场和远场)强震记录及相应反应谱的比较显示,模拟结果与强震记录的波形、持时、幅值均吻合良好,与反应谱在各频段上均表现良好的一致性,很好地验证了该方法及模型的适用性及模拟频率带宽的可靠性。最后,模拟了漾濞地区100 km×100 km范围内的地面运动场,给出了地面运动峰值分布和波场快照,提出了与震中距相关的PGA和PGV经验衰减公式,获得了地震动频谱特征衰减规律。结果表明:①2021年漾濞6.4级地震呈现明显近断层地震集中性效应和破裂方向性效应;②近场20 km范围内,地震动峰值衰减较快,PGA最大衰减93.1%、PGV最大衰减83.3%;③近场范围内频谱成分主要包含0~10 Hz的宽频成分,震中距超过20 km后频率成分主要集中在0~4 Hz范围内。 展开更多
关键词 宽频地震动模拟 近断层地震动模拟 频率波数域方法 混合震源模型 漾濞地震
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大型复杂动力机器基础参振质量的概念、理论及应用 被引量:3
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作者 巴振宁 符瞻远 +3 位作者 韩庆华 梁建文 刘铭劼 张晋元 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2023年第3期56-68,共13页
为满足大型动力机器设备的性能及工艺需求,动力机器基础正朝着大尺寸和构造形式复杂的方向发展。动力荷载作用下,大型复杂动力机器基础自身各部分的振动难以保持同步,即无法完全参振,此时,现有的将基础整体视为刚体进行动力设计的相关... 为满足大型动力机器设备的性能及工艺需求,动力机器基础正朝着大尺寸和构造形式复杂的方向发展。动力荷载作用下,大型复杂动力机器基础自身各部分的振动难以保持同步,即无法完全参振,此时,现有的将基础整体视为刚体进行动力设计的相关国家标准规范不再适用。参考基础动力设计分析中十分重要的地基土参振质量(基础振动时周围地基土同步参振的质量)概念,将大型复杂动力机器基础考虑为由核心实体刚体部分与外围附属弹性体部分组成的刚体-弹性体系统,提出了大型复杂动力机器基础参振质量的概念(核心刚体质量与外围弹性体同步参振质量之和),进而基于弹性半空间理论体系给出了理论求解公式和相应的数值求解流程,并以天津大学在建国家大型地震工程模拟研究设施中的大型地震模拟振动台基础为例,建立了精细化基础-桩基-地基土整体模型,分析了工作荷载作用下基础参振质量。数值结果表明:该基础参振质量总体可达80%以上,基础振动同步性较好。基于文中提出的参振质量概念和数值求解步骤,开展基础参振质量分析,可从振动同步性角度评估基础动力设计的合理性,为大型复杂动力机器基础的动力设计提供支撑。 展开更多
关键词 动力机器基础 基础参振质量 地震模拟振动台 刚体-弹性体系统 有限元
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2022年9月5日泸定M_(S)6.8地震宽频带地震动谱元法模拟 被引量:1
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作者 赵靖轩 巴振宁 +1 位作者 阔晨阳 刘博佳 《地震学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期179-195,共17页
2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合... 2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的泸定M_(S)6.8地震的全过程宽频带(0.1—5 Hz)地震动模拟,通过与六个台站的时程记录、对应的反应谱以及NGA-West2地震动衰减曲线进行比较检验了方法的精度和适用性;进而给出了此次地震的三分量速度波场快照图,再现了地震波传播时近场地震动的方向性效应和局部场地效应;最后给出了震中100 km×100 km范围内的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了泸定地震近场强地面运动的空间分布特征,并给出了基于模拟结果的地震烈度分布图。结果显示,震中PGA接近600 cm/s^(2),PGV接近50 cm/s,烈度达到Ⅸ度,且由于泸定地区内高山峡谷地形对地震动的影响,地震动峰值在山顶和峡谷处明显放大,山顶处PGA和PGV分别放大1.9倍和1.5倍,峡谷谷底处PGA和PGV分别放大1.7倍和1.4倍,这里出现的地震动放大现象以及可能造成的次生地质灾害亟需引起注意。 展开更多
关键词 2022年泸定M_(S)6.8地震 宽频带地震动 谱元法 运动学混合震源模型
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基于FK方法和GP14.3震源模型的2023年土耳其M_(w)7.8级地震宽频地震动合成
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作者 巴振宁 韩书娟 +3 位作者 赵靖轩 刘悦 芦燕 陈三红 《世界地震工程》 北大核心 2023年第3期16-26,共11页
本文合成了2023年2月6日土耳其M_(w)7.8地震的地震动时空场。首先,依据USGS网站提供的V s30数据和全球地壳模型Crust1.0数据,构建了土耳其南部地区的地下一维速度结构模型;其次,依据美国地质调查局(USGS)发布的断层滑动量及破裂前端分... 本文合成了2023年2月6日土耳其M_(w)7.8地震的地震动时空场。首先,依据USGS网站提供的V s30数据和全球地壳模型Crust1.0数据,构建了土耳其南部地区的地下一维速度结构模型;其次,依据美国地质调查局(USGS)发布的断层滑动量及破裂前端分布结果,构建了此次地震的GP14.3运动学混合震源模型;然后,采用作者提出的FK方法对本次地震进行了0~10 Hz的宽频三分量地震动合成。通过合成结果与距离震中50 km范围内地震动较强的8个台站强震记录及相应反应谱的比较,检验了方法的可靠性和模型的适用性;最后,重点分析了土耳其东南部的加济安泰普市及附近地区地震动时空场特征。结果表明:1)本文计算的加济安泰普市区范围内的NS向PGA接近180 cm/s^(2)、PGV接近100 cm/s,伊斯拉希耶镇地区的EW向PGA高达560 cm/s^(2)、PGV高达150 cm/s,地震动强度比较大。2)基于本文强地面运动合成结果得到的加济安泰普市区范围内的地震烈度为VII度,伊斯拉希耶镇地区的地震烈度高达IX度,与USGS给出的结果一致。3)此次土耳其M_(w)7.8地震呈现明显的近断层地震动集中性效应、地面永久位移以及破裂方向性效应。 展开更多
关键词 土耳其M_(w)7.8地震 宽频地震动合成 近断层地震动特性 频率波数域方法 运动学混合震源模型
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基于逆断层动力学模型的三维山体地震动谱元法模拟 被引量:4
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作者 巴振宁 赵靖轩 +2 位作者 吴孟桃 梁建文 塔拉 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2021年第3期32-42,共11页
逆冲断层是常见的断层错动形式,具有释放地震能量大破坏力强的特征,同时大量震害调查和强震观测表明,山体地形对地震动的显著放大效应会进一步加重震害,然而目前还鲜有针对逆冲断层作用下山体地震动模拟的研究。文中即采用谱元法,建立... 逆冲断层是常见的断层错动形式,具有释放地震能量大破坏力强的特征,同时大量震害调查和强震观测表明,山体地形对地震动的显著放大效应会进一步加重震害,然而目前还鲜有针对逆冲断层作用下山体地震动模拟的研究。文中即采用谱元法,建立含动力学逆断层震源和三维山体地形的整体物理模型,研究了动力学逆断层地震作用下的三维山体动力响应。文中以高斯型山体为例,对其近断层地震动特性进行了分析,并着重探讨了三维山体地形对逆断层地震动产生的影响。研究表明:(1)动力学逆断层模型很好的契合了近断层地震动特性,在模拟中重现了近断层地震动的方向性效应、上盘效应、集中性效应和地面永久位移等基本特征;(2)山体对近断层地震动放大效果显著,对比无山体情况,山体加速度和位移峰值分别放大了1.79和1.21倍;同时加速度峰值随着山体高程的增加而增加,与山脚处加速度峰值相比,山顶和山腰处的加速度峰值分别放大了2.05和1.28倍;(3)山体地形引发的地震波散射和衍射效应不仅放大了山体和山体毗邻地表的地震动响应,同时延长了地震动在该区域内的响应时间。 展开更多
关键词 谱元法 动力学逆断层 地形效应 近断层地震动 地震波散射
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高速列车引起站台振动的实测与分析 被引量:3
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作者 巴振宁 焦鹏 +2 位作者 梁建文 刘刚 高愈辉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期1211-1217,共7页
“站桥合一”站房结构体系是目前铁路站房普遍采用的建筑形式,可以有效满足旅客零换乘的需求,引导旅客合理流动.站台是旅客候车、上车的必经之处,候车过程中一定会经历高速列车进站、出站.当列车高速通过站台时会引起振动,造成旅客的不... “站桥合一”站房结构体系是目前铁路站房普遍采用的建筑形式,可以有效满足旅客零换乘的需求,引导旅客合理流动.站台是旅客候车、上车的必经之处,候车过程中一定会经历高速列车进站、出站.当列车高速通过站台时会引起振动,造成旅客的不安和使结构本身产生疲劳振动破坏.针对某“站桥合一”结构体系高铁站台,选取无旅客行走荷载激励时间段,采用CMG-5TCDE地震计进行高铁站台振动加速度实地测量.对测量数据进行背景振动与各种不同车速造成结构振动、不同测点振动以及两车交会行驶时产生振动的对比分析,得出以下结论:背景竖直向振动加速度级仅为53.21 dB,当45 km/h高速列车通过时竖直向振动加速度级提高到74.00 dB,高速列车通过对站台振动产生明显影响;高速列车通过站台引起的竖直向振动加速度远大于东西向和南北向振动加速度,且振动加速度随车速增加而增大,但增大速率逐渐减小;东西向与南北向振动加速度持续时间基本相同,竖直向振动加速度持续时间略有不同;振动在传播过程中存在振动反弹区,本次测试中振动反弹区在14 m处,主要是由于振动波在不同介质中的反射造成的;两车交会行驶时振动加速度持续时间延长,幅值增大,会对旅客及工作人员的舒适性产生影响.以上结果可为拟新建“站桥合一”结构形式高铁站的模拟预测以及高铁站舒适度设计提供依据. 展开更多
关键词 站桥合一 高速列车 实测 振动加速度 站台
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场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响 被引量:6
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作者 巴振宁 安东辉 梁建文 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期918-926,共9页
采用间接边界元法(IBEM),研究了平面SV波入射下场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响问题。充分利用半空间格林函数和全空间格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状半空间分解为含孔层... 采用间接边界元法(IBEM),研究了平面SV波入射下场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响问题。充分利用半空间格林函数和全空间格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状半空间分解为含孔层状半无限空间域和一个环形衬砌闭合域。在半无限空间域孔洞边界和闭合域边界各单元上分别施加虚拟均布荷载,进而求得半空间和全空间域内的位移、应力格林函数,然后根据边界条件确定虚拟均布荷载密度,最后求得衬砌内表面动应力集中系数。验证了方法的正确性,并以基岩上单一土层和基岩上三层土为例,计算分析了层状弹性半空间中隧道衬砌内表面动应力集中系数。结果表明,随着基岩土层刚度比的增大,动应力集中系数峰值减小;随着土层厚度增大,动应力集中系数峰值总体上呈减小趋势;对于不同土层层序,动应力集中系数峰值明显不同。 展开更多
关键词 衬砌隧道 格林函数 动应力集中系数 土层层序 平面SV波
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基于改进F-ANP方法的市政排水管网运行安全风险评估 被引量:8
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作者 巴振宁 王鸣铄 梁建文 《安全与环境工程》 CAS 北大核心 2020年第6期208-216,共9页
为研究市政排水管网面临的风险,提出了基于改进模糊网络分析(F-ANP)方法的市政排水管网运行安全风险评估方法。该方法首先在现有的研究和规范标准的基础上,建立了基于“人-机-管-环”的市政排水管网风险评估指标体系;然后采用改进的ANP... 为研究市政排水管网面临的风险,提出了基于改进模糊网络分析(F-ANP)方法的市政排水管网运行安全风险评估方法。该方法首先在现有的研究和规范标准的基础上,建立了基于“人-机-管-环”的市政排水管网风险评估指标体系;然后采用改进的ANP方法计算评价指标权重,并采用改进的模糊综合评价法,借助三角形分布隶属函数以及对基础数据等级的划分,实现了大量管道数据的多层次递阶风险评价;最后以苏州工业园区内排水管网作为工程实例,利用基于改进的F-ANP方法对该排水管网的运行安全进行风险评估,并与内部检测数据进行对比,验证了基于改进F-ANP方法的风险评估结果的可靠性和适用性,对市政排水管网的运维管理有一定的借鉴作用。 展开更多
关键词 市政排水管网 运行安全 风险评估 ANP 模糊综合评价法
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任意多个沉积谷地对平面SV波的散射 被引量:5
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作者 巴振宁 陈昊维 梁建文 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期98-107,共10页
采用间接边界元法研究了入射平面SV波在层状半空间中多个沉积谷地周围的散射问题。该方法将整体模型分解为各个沉积闭合域和开口的层状半空间域。通过在各沉积闭合边界上施加虚拟均布荷载模拟各闭合域内散射波场,通过在层状半空间开口... 采用间接边界元法研究了入射平面SV波在层状半空间中多个沉积谷地周围的散射问题。该方法将整体模型分解为各个沉积闭合域和开口的层状半空间域。通过在各沉积闭合边界上施加虚拟均布荷载模拟各闭合域内散射波场,通过在层状半空间开口域所有开口边界上施加虚拟荷载模拟开口域内散射波场,通过引入各沉积与层状半空间的连续条件确定所有施加虚拟荷载的密度。验证了该方法的正确性,并对均匀半空间中不同间距和不同数量的半圆沉积为例进行了数值计算分析,数值结果表明,多个沉积与单一沉积对应的位移幅值及其放大谱均显不同,沉积间的动力相互作用,使得多个沉积情况对应位移幅值显著大于单一沉积情况。沉积间距的改变导致了沉积间动力相互作用机制的改变,进而改变了放大谱的峰值及峰值周期。沉积个数影响主要体现在增强或减弱沉积间的动力相互作用上,而对相互作用机制影响较小,因而不同沉积个数对应的放大谱峰值差异明显而峰值周期较为接近。 展开更多
关键词 间接边界元法 平面SV波 层状半空间 任意多个沉积 沉积间距
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山岭隧洞在平面P-SV波入射下的地震动力响应 被引量:5
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作者 巴振宁 喻志颖 梁建文 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2018年第5期50-58,共9页
采用了间接边界元法(IBEM),研究了山岭隧洞在平面P-SV波入射下的地震动力响应问题。该方法充分利用半空间格林函数与全空间格林函数在构造半空间开口域和全空间闭合域中散射波场的优势,将含有衬砌隧洞的凸起地形分解为一个半空间开口域... 采用了间接边界元法(IBEM),研究了山岭隧洞在平面P-SV波入射下的地震动力响应问题。该方法充分利用半空间格林函数与全空间格林函数在构造半空间开口域和全空间闭合域中散射波场的优势,将含有衬砌隧洞的凸起地形分解为一个半空间开口域和两个全空间闭合域。本文验证了方法的正确性,并以入射平面P-SV波在均匀半空间和基岩上单一土层中山岭隧洞地形周围散射为例,计算出了这两种情况下凸起地形周围地表位移放大系数和隧洞衬砌内表面动应力集中系数。分析得出由于基岩的存在,使得山岭隧洞的动力响应得以放大;随着入射波频率的增大,地表位移放大系数和应力集中系数都呈减小趋势;对于不同的入射角度,地表位移放大系数和应力集中系数也存在显著差异。 展开更多
关键词 格林函数 间接边界元法 地表位移放大系数 动应力集中系数
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周期分布不规则体对弹性波的二维散射 被引量:4
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作者 巴振宁 高旭 梁建文 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第14期201-213,共13页
建立了一种基于均布线载动力格林函数的周期间接边界元方法(PIBEM),进而研究了全空间中周期分布不规则体对弹性波的散射问题。方法利用平面波入射下,各不规则体周围波场频域内仅相差一个相位的特征,仅需针对其中一个不规则体进行离散和... 建立了一种基于均布线载动力格林函数的周期间接边界元方法(PIBEM),进而研究了全空间中周期分布不规则体对弹性波的散射问题。方法利用平面波入射下,各不规则体周围波场频域内仅相差一个相位的特征,仅需针对其中一个不规则体进行离散和求解,即可求得问题的解;相对于选取有限多个不规则体进行近似求解的方法,该方法具有较高精度的同时,最大限度的降低了求解自由度;在对方法正确性验证的基础上,以全空间中空洞和加塞两种模型为例开展了数值计算分析,重点探讨了空洞形状、空洞间距和加塞刚度等参数对减振效应的影响。数值分析结果表明:周期分布空洞与多个空洞的位移幅值具有差异,且频率低时差异更为显著;三种形状空洞中,周期分布圆形空洞减振效果最佳,周期分布三角形空洞减振效果最差;周期分布加塞与周期分布空洞减振原理不同,加塞通过消耗地震波的能量减振,而空洞通过阻隔地震波减振;周期分布软加塞的消能减振效果优于周期分布硬加塞。 展开更多
关键词 周期分布不规则体 格林函数 P波和SV波 散射
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层状饱和地基中地铁列车振动荷载诱发地表振动研究 被引量:3
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作者 梁建文 高亚南 +1 位作者 巴振宁 吴孟桃 《现代隧道技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第A02期646-661,共16页
在作者的层状弹性地基中列车振动荷载诱发地基振动研究基础上,采用间接边界元方法研究了层状饱和地基中地铁列车荷载诱发的地基振动问题。该方法将总波场分解为自由波场和散射波场两部分,自由波场定义为列车振动荷载作用于轨道下垫层材... 在作者的层状弹性地基中列车振动荷载诱发地基振动研究基础上,采用间接边界元方法研究了层状饱和地基中地铁列车荷载诱发的地基振动问题。该方法将总波场分解为自由波场和散射波场两部分,自由波场定义为列车振动荷载作用于轨道下垫层材料决定的均匀半无限空间而产生的动力响应,而散射波场定义为因不规则边界存在而引入的附加波场。自由波场通过作者建立的层状饱和场地精确动力刚度矩阵,采用直接刚度法求得,而散射波场则通过作者给出的层状饱和半空间中斜线荷载和斜线孔压动力格林函数,采用在相应边界上施加虚拟的均布荷载和孔隙水压来构造。虚拟荷载和孔隙水压的密度可通过引入相应的边界条件和界面透水条件来确定。最后,叠加自由波场和散射波场可求得总的动力响应。文中进行了数值计算,并着重分析了界面透水边界条件及饱和状态、孔隙率和粘性耦合系数等因素对饱和地基地表振动的影响,并针对天津一典型饱和地基及其等效单层土地基进行了比较研究,得出了一些有益的结论。 展开更多
关键词 地基振动 饱和场地 振动荷载 间接边界元 动力响应
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基于有限断层震源模型的北京地区强地震动模拟——以1679年三河—平谷8级地震为例 被引量:3
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作者 巴振宁 赵靖轩 +2 位作者 梁建文 张郁山 张玉洁 《地震研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期479-488,共10页
采用谱元法在国家超算中心“天河一号”上模拟了1679年三河—平谷8级地震北京地区强地面运动,开发了适用于谱元法模拟的运动学有限断层震源程序,并依据地面GIS高程数据和地下勘探资料建立了含地表起伏的北京地区精细三维速度结构模型,... 采用谱元法在国家超算中心“天河一号”上模拟了1679年三河—平谷8级地震北京地区强地面运动,开发了适用于谱元法模拟的运动学有限断层震源程序,并依据地面GIS高程数据和地下勘探资料建立了含地表起伏的北京地区精细三维速度结构模型,实现了最高频率为2 Hz的确定性物理模拟。对比双侧破裂和2种单侧破裂情况的模拟结果,重点讨论了破裂方式对强地面运动的影响,结果表明:①三河—平谷地区及附近地区近断层效应明显,北京地区峰值速度总体上呈现“南强北弱,东强西弱”的特征,三河—平谷和大厂地区PGA最高可达0.37 g和0.32 g,平谷、三河、大厂等附近区域加速度峰值明显高于其它地区,为震害分布的主要区域;②断层破裂方式显著影响地面运动分布情况,双侧破裂与单侧破裂相比,影响范围广且对北京地区威胁最大,北京中心城区PGA和PGV分别达到0.12 g和1.0 m/s;③断层破裂方式的改变显著影响了观测点速度时程结果,导致观测点震中距发生变化,当震中距减小时观测点速度时程结果对应出现峰值时刻提前、峰值增大以及地震动持时延长的现象,尤其在观测点处存在沉积地形时这一现象则更为明显。 展开更多
关键词 地震动模拟 断层破裂方式 谱元法 运动学断层震源
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高山-峡谷复合地形对入射平面P-SV波的散射 被引量:2
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作者 巴振宁 吴孟桃 +1 位作者 梁建文 喻志颖 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2020年第7期695-712,共18页
高山峡谷地形作为一种常见的复合场地,其对地震波散射相干效应十分复杂,然而,目前相关的研究成果还十分有限.为此,提出了一种用于求解平面内多域弹性波散射的多域间接边界元法,研究了高山峡谷地形对平面P-SV波的散射问题.该方法充分利... 高山峡谷地形作为一种常见的复合场地,其对地震波散射相干效应十分复杂,然而,目前相关的研究成果还十分有限.为此,提出了一种用于求解平面内多域弹性波散射的多域间接边界元法,研究了高山峡谷地形对平面P-SV波的散射问题.该方法充分利用全空间Green函数与半空间Green函数在构造独立闭合域和半空间开口域中散射波场方面的优势,结合辅助函数法给出了高山峡谷场地的地震波场解答,在保证计算精度的同时显著提高了求解效率.该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以半空间中Gauss型高山峡谷为例,分别在频域和时域内进行了数值计算分析.研究表明:高山峡谷地形附近地表位移幅值的分布非常复杂,山体与峡谷之间存在显著的动力相互作用,频域响应依赖于入射波的频率和角度;地震波垂直入射时,山体的存在对峡谷地震动有一定的抑制作用,显著改变了峡谷内部的加速度峰值及反应谱特性;高山峡谷地形两侧山体高宽比的改变将引起地震效应的改变,基岩的存在也将显著放大地形的地震效应. 展开更多
关键词 高山峡谷 地震波散射 多域间接边界元法 场地效应 动力相互作用
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层状半空间中多层沉积谷地时域地震响应分析 被引量:1
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作者 巴振宁 王莹 梁建文 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期78-88,共11页
基于作者此前提出的多域间接边界元方法,对多层沉积谷地的二维时域地震响应问题进行了研究。该方法在频域内求解,经由快速傅里叶逆变换叠加频域结果求得时域解答。采用全空间荷载格林函数和半空间格林函数分别构造沉积层闭合域内和开口... 基于作者此前提出的多域间接边界元方法,对多层沉积谷地的二维时域地震响应问题进行了研究。该方法在频域内求解,经由快速傅里叶逆变换叠加频域结果求得时域解答。采用全空间荷载格林函数和半空间格林函数分别构造沉积层闭合域内和开口半无限空间域内散射波场,使得两种格林函数的优势充分发挥。该研究验证了提出方法的正确性,进而以El Centro波作为输入地震动,进行了典型成层谷地的计算分析,重点讨论沉积层序对谷地附近地震动峰值和反应频谱的影响。研究表明,不同沉积层序情况对应的地表地震动时程及其地震反应谱有着显著差异,具体表现为沉积正常排列时,沉积内部水平加速度时程峰值最大,而对应的反应谱峰值周期最小;沉积层逆序排列时,沉积内部水平加速度时程峰值最小,而对应的反应谱峰值周期最大。另外,逆序沉积削弱了一部分中、高频波段的能量,相比正常沉积层序,起到了一定的“隔震”效果。 展开更多
关键词 沉积谷地 El Centro波 沉积层序 时域解答 多域间接边界元(IBEM)
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