流体饱和半空间二维地形三分量弹性波散射间接边界元模拟

无限长局部地形地震波斜入射响应问题称为二维三分量问题,在计算量远小于三维的情况下,一定程度上反映了近地表场地的三维动力响应特征.基于天然土体的成层性及固液两相耦合特性,以层状多孔介质内部移动线荷载(孔隙水压)动力格林函数作为基本解,开展流体饱和半空间二维地形三分量弹性波散射的2.5维间接边界元模拟研究.总场响应由自由波场和散射波场叠加构成,前者可由直接刚度法求得,后者则通过施加移动虚拟均布荷载和移动虚拟孔隙水压所产生的动力响应来模拟.该方法优势在于离散仅限于地形底边界(无须离散自由地表),格林函数计算不存在奇异性(荷载可直接加在边界上),容易控制计算精度,对复杂边界条件具有很强的适应性.在退化验证和精度比较的基础上,以梯形凹陷和半椭圆沉积地形为例,模拟了时域和频域的流体饱和半空间三维弹性波散射响应.研究表明:局部地形的地震动响应依赖于入射频率、入射角度、边界透水条件、土层刚度和土层厚度等,入射波、反射波和散射波相互干涉,极大延长了位移的振动持续时间.

流体饱和半空间中埋置球面P1、P2和SV波源动力格林函数

基于Biot流体饱和孔隙介质理论,采用Hankel积分变换方法,在频域内求解了流体饱和半空间中埋置球面P1、P2和SV波源的动力格林函数。首先由Hankel积分变换将空间域内球面波展开为波数域内柱面波的叠加;然后在半空间表面对称位置虚拟放置一同样大小的球面波源,这样对于球面膨胀波源(P1和P2波源),地表剪应力为零,但存在非零正应力和孔隙水压,对于球面剪切波源(SV波源),地表正应力和孔隙水压为零,但存在非零剪应力;最后叠加球面波源、虚拟波源和残余半空间表面应力产生的动力响应,即可求得流体饱和半空间中埋置球面波源波数域内的动力响应,空间域内埋置球面波源的动力格林影响函数则由Hankel逆变换求得。该文给出的球面波源动力格林函数,为建立以球面P1、P2和SV波动力格林函数为基本解的间接边界元方法,求解饱和多孔介质中三维轴对称弹性波散射问题奠定了基础。

流体饱和层状半空间中沉积谷地对地震波的散射—IBIEM求解

针对流体饱和层状半空间中任意形状沉积谷地对地震波的散射问题,基于单层位势理论,建立一种新的间接边界积分方程法(IBIEM):首先推导饱和层状半空间中两类膨胀波源和剪切波源动力格林函数,进而由分布在沉积谷地和层状半空间交界面附近两虚拟波源面上的PI、PII和SV波源分别构造沉积内外的散射波场。由交界面连续性条件建立方程并求解确定虚拟波源密度,总波场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,验证了方法的计算精度。通过一组典型算例,初步探讨了平面SV波在饱和层状半空间中沉积谷地周围散射的基本规律。研究表明:饱和层状沉积对地震波的散射和相应干土情况存在显著差异,边界渗透条件对沉积内部地震响应具有重要影响;饱和层状场地中波的散射和均质半空间情况有着本质不同,总体反应体现了饱和土层的共振放大效应和沉积谷地对波的散射效应。实际场地中地震波传播的精确模拟需考虑岩土介质的多相性和层理特征。