SV波全反射作用下地震动的合成及振动特性

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。

数字图像伪彩色增强方法在岩土CT图像分析中的应用

直观岩土CT图像分析是最基本的CT分析方法,而高分辨率的岩土CT图像是这一分析方法的关键。为了提高岩土CT图像的分辨率,根据人眼的视觉特点,结合计算机数字图像颜色模式和图像格式,采用灰度级-彩色变换方法,对灰度CT图像进行伪彩色增强,显著地提高了CT图像的分辨率。

薄弹性软弱夹层的动力响应模型

软弱夹层是岩体中的薄弱部位,其动力响应问题是岩体工程稳定性分析中的一个重要问题。但是,以往对其动力响应的研究大多是采用数值模拟方法,基于应力波传播理论的解析方法应用不多,而且多局限于层状介质中的SH标量波。软弱夹层通常较薄,厚度比入射波波长小,其动力响应问题更接近于波场散射问题,忽略夹层内部反射波的波传播模型不再成立。为此,提出一种考虑夹层内一次反射波的动力响应模型,并以平面P波为例,给出了一个薄弹性软弱夹层的动力响应模型,分析其动力响应的一般特征。该模型物理概念清晰、算法简单实用,尤其适用于层状介质的动力响应问题,对充填贯通型节理岩体动力学特性的研究有借鉴作用。

一种基于结构面密度的岩体结构均质区划分方法

根据结构面发育的主要特点以及工程实际需要,合理选择划分岩体结构均质区的岩体参数是必要的。在某些特殊情况下,选择结构面密度作为划分均质区的依据更为合适。为此,提出了一种基于结构面密度的岩体结构均质区划分方法,即密度分区方法,并通过对西南某大型水电站工程侧裂结构面的密度分区,证明了该方法的可行性。该方法简单、直观、易于操作,有很强的推广实用价值。

基于数码摄影技术的岩体裂隙测量方法初探

基于数码摄影技术的岩体裂隙测量法,是一种与传统测量完全不同的新方法,可以高效率地测量岩体裂隙。基于数字图像处理理论,针对裂隙图像的特点,对这一新方法进行了比较全面地探索,提出了裂隙图像的现场采集方法及其解译路线,重点研究了智能识别方法,并研发了相应的处理软件。按照上述解译路线,应用自编裂隙图像处理软件,对从野外实拍的典型数字裂隙图像进行了试算、分析和总结,初步证明了此解译路线的可行性。

地震动信号的小波分析

小波分析是一种新的数学方法 ,因具有良好的时频局部化性质而优于传统的傅立叶分析。地震动是由于地震引起的地面运动 ,其时间历程函数表现为具有突变特征的非平稳随机过程 ,因此更适于利用小波变换进行频谱分析。我们在总结小波分析基本原理和方法的基础上 ,首次利用小波变换分别对地震动加速度时程和速度时程进行了分解和重构 ,对地震动信号分解结果做了相应频谱分析 。

岩土CT图像边界伪影的机制分析及试样尺度估计

伪影是不能正确反映试样内部结构的那部分图像,为了减少对图像的误判断,通常将伪影作为一种干扰进行校正。边界伪影是与CT图像重构算法有关的一种系统误差,但却包含了试样的边界信息。基于射线成像常用算法,分析了CT边界伪影的特征和产生机制。研究表明,边界伪影中CT数极大值位置与试样的边界有一定的关系,对边界伪影的研究有助于准确判断试样在图像中的位置,推算试样的几何尺度。

软弱夹层的透射模型及其隔震特性研究

尽管软弱夹层对工程往往产生不良影响,但同时又对地震波具有阻隔作用。对软弱夹层阻隔特性的研究不仅能够为岩土工程的屏蔽隔震提供必要的理论依据,而且有助于揭示充填贯通型节理的动力学特性。为此,基于固体弹性波传播理论,以平面P波为例,建立了弹性夹层对平面矢量波的透射模型。在此基础上,按照能量观点,全面分析了矢量波通过软弱夹层的传播特性,其中包括透射能量与入射角、波阻比及厚度等因素的关系,并初步分析了透射波形畸变的机理。

侧裂结构面迹长估计方法研究

侧裂面是控制拱坝抗滑稳定的重要力学边界之一 ,可能构成侧裂面的陡倾结构面称为侧裂结构面 .如果侧裂结构面为随机基体裂隙 ,那么其迹长估计就是侧裂面边界条件分析中的一项重要内容 .作者在分析H -H、Laslett和 2L0 5三种迹长估计方法的基础上 ,综合确定模型方法和概率模型方法 ,提出了一种适用于侧裂结构面迹长估计的新方法———广义H H迹长估计算法 .并利用此方法对西南某大型水电站工程侧裂结构面迹长进行了研究 。

倾斜入射地震波作用下成层场地动力反应的界面子波算法

为提高成层半空间自由波场的一维化时域方法的计算效率和精度,分析了SH波在层状介质中的传播方式、旅行时间和反射系数等问题,基于惠更斯–菲涅耳波动观点,将波阻抗界面看作次级子波源(简称为界面子波),提出了倾斜入射地震波作用下成层场地动力反应的界面子波算法,并通过模型试算验证了此方法的正确性。与常规数值法相比,此方法无需划分网络单元,也无需处理人工边界条件,从而极大地减少了计算工作量和节点之间的传递误差,具有速度快、精度高、稳定性好等特点,是一种计算成层场地动力反应的实用方法。

一种估计结构面迹长的新方法及其工程应用

为了研究结构面迹长与其产状之间的概率关系,根据结构面交切测量窗口的几何条件与交切频度之间的概率关系,拓展了H-H迹长估计方法,建立了结构面平均迹长与其在测量窗口中视倾角的关系表达式。在此基础上,结合Laslett迹长估计方法,提出了广义H-H迹长估计方法,进一步完善了H-H方法,并通过工程实例证明了其正确性。该方法使用简单方便,有很高的推广价值。

岩体结构面连通率估计的概率模型及其工程应用

H-H连通率估计的概率模型是计算岩体结构面连通率的有效方法之一,但是由于它要求结构面均匀分布而且锁固段长度不能超过概率模型方法的预测极限,因此在实际应用中受到了较大限制。为了克服这一局限性,详细分析了产生这一现象的原因,建立了相应的等效模型。在此基础上,提出了广义H-H连通率估计的概率模型,扩大了H-H连通率估计的概率模型的应用范围,并通过对某水电工程侧裂结构面连通率的预测,进一步证实了该模型的正确性和可靠性。

人造地震动合成中的位移误差分析

三角函数级数法是合成人工地震动常用算法之一 ,但是通过对加速度积分求取位移时 ,却存在与零线漂移相类似的位移漂移现象。作者在详尽推导计算速度时程积分公式的基础上 ,分析了产生误差的原因 ,提出了一种改进的计算方法 。

基于近景摄影测量法计算掘进隧洞中切穿顶拱的裂隙面产状

基于近景摄影测量原理,利用掘进隧洞掌子面上裂隙信息,提出了确定裂隙面产状的方法,并通过将被裂隙所切穿的顶拱曲面沿某一方向拉伸的"曲化平"方法,将弧形线转化成直线,然后应用矢量叉乘确定裂隙面产状,实现了对切穿顶拱的裂隙面产状的计算。最后,通过算例验证了该方法的可行性。

岩石CT密度损伤增量图像“阴阳环”现象的形成机制及其配准校正

通过对岩石试样在加载前后测得的CT数作差值运算,可获得岩石试样在不同应力阶段的CT密度损伤增量。在岩石CT密度损伤增量灰度图像中,试样边界被分成两半,其中一半为黑色,另一半为白色,这一现象称之为“阴阳环”现象。为揭示这一现象的形成机制,对岩石试样某一扫描断面在4个不同应力阶段CT图像的CT数分布进行对比研究。分析结果表明,加载阶段的CT图像相对初始CT图像发生错位。为查清图像错位与“阴阳环”形成之间的关系,建立“阴阳环”生成模型,同时揭示图像错位产生“阴阳环”现象的物理机制。在此基础上,对加载阶段的CT图像进行配准校正,消除密度损伤增量的计算误差。

成层土场地地震效应的时程算法研究

成层土场地是一类常见的建筑场地,覆盖土层的厚度、刚度、地层顺序等是影响地震动特性的主要因素,动力时程方法是分析此类问题的一个有效手段。但常规的动力时程方法计算求解复杂,不仅费时、费力,而且还可能因为算法的不稳定性而无法得到预期的结果。为了获得一种高效简便的动力时程算法,根据地震波在层状弹性介质中的传播原理,采用弹性波叠加方法,提出一种计算成层土场地地震响应的快速时程算法。该方法是一种级数逼近算法,无需剖分网格进行数值法计算,极大地提高了计算效率。应用该算法进行了模型试算,并将计算结果与相关文献进行对比,验证了此算法的正确性。

基于模式识别技术岩体裂隙图像的智能解译方法研究

结构面是岩体的重要组成部分,是控制在工程荷载作用下岩体力学作用方式及其力学响应的主要因素之一。裂隙是岩体中最常见的一类结构面,而且具有数量大、分布广和随机性强等特点,因此对裂隙的调查、测量和统计是划分岩体类别、评价岩体质量和提取岩体物理力学参数的基础。但是,传统的裂隙调查尚处于低效的手工操作阶段。为了提高工作效率,节约工程费用,寻求一种高效、简便、实用的现场测量方法是非常必要的,而数字摄影和数字图像处理为实现这一目标提供了强有力的技术支持。为此,利用图像识别方法,对裂隙图像的智能识别进行了研究,并自编了相应的处理程序,获得了初步研究成果。

光滑强度包络线模型及其工程应用

三角函数级数法是人工地震动合成常用的计算方法之一 ,但是利用这种方法计算速度时程时 ,却存在一定的零线漂移现象 ,并且对位移时程产生很大的影响。本文详细地分析了产生误差的原因 ,在此基础上 ,建立了光滑强度包络线计算模型 ,较好地解决了这一问题。通过工程实例计算证明 ,该计算模型是正确可行的。

成层半空间出平面自由波场的界面子波算法

一般工程的地震反应分析中地震波假设为竖直向上入射的体波,场地自由波场可简化为成层半空间模型的一维波动问题,通过数值方法获得出平面自由场。在数值计算方法中以显式有限差分法为代表的时间域方法是当前地震波模拟的主流方法,其精度通常受到计算方法、模型尺寸、网格大小、边界设定等诸多条件的影响,数值算法稳定性还受到许多计算参数的限制。为了改进时域数值方法中存在的这些缺点和不足,本文结合分层均匀介质中的理论地震图合成方法提出了一种新的时域数值算法。其基本思想是将计算节点直接设置在波阻抗界面处,各个层内不再设置计算节点,然后根据地震波在波阻抗界面处的反射、透射关系及其在相邻界面之间的传播时间建立计算界面节点振动的数学表达式,据此计算得到各层界面节点的振动,并通过对自由面节点进行适当处理得到成层半空间出平面自由场。界面节点振动可看作为入射波通过波阻抗界面处产生的次一级子波源,本文称之为界面子波,因此把这一计算方法称为界面子波算法。数值算例表明该方法具有很高的精度和很快的计算效率。理论上还可将这一方法推广至二维波动情形,即地震波倾斜入射条件下成层半空间出平面自由场的计算。

基于射线理论的边坡地震反应分析

从射线理论出发,研究了在地震P波作用下坡体临空面附近地震能量的分异和重分布现象,推导了坡体内动应力和动位移计算公式,并将这一理论应用于边坡地震响应分析。最后以单斜无限长边坡为例。