含流体层的河谷场地对地震波散射的间接边界元法模拟

结合单相介质动力格林函数和流体域格林函数,将间接边界元方法拓展到含流体层河谷对地震波散射的求解,并结合具体算例进行大量参数分析。研究结果表明,含流体层河谷地形对平面P波、SV波入射时的地震响应受控于入射波频率、入射波角度及流体深度等多种因素。总体来看:(1)在低频域内,含流体河谷底部及附近地表的频谱特性与不含流体的河谷反应基本一致;(2) P波入射时在水层体系共振频率处,河谷底部位移缩小效应显著,而此频率处流体表面位移达到最大;(3)流体层具有吸收地震波能量的作用,流体深度越大,河谷表面及附近地表的地震动位移越小。研究成果可在一定程度上为河谷地形附近地震动效应的评估及防震减灾工作提供理论依据。

层状横观各向同性地基中埋置刚性基础的平面外动力刚度系数

采用间接边界元方法(IBEM)求解了层状横观各向同性(TI)地基中埋置刚性基础的平面外动力刚度系数。首先将层状TI地基与埋置刚性基础的交界面采用线边界单元离散,然后求解层状TI半空间中斜线均布荷载动力格林影响函数,最后由刚性基础与层状TI地基确立的混合边界条件求得动力刚度系数。通过与各向同性地基中基础动力刚度系数的比较验证了方法的正确性,进而以均质TI地基、单一TI土层地基和多TI土层地基中埋置刚性基础模型为例进行了数值计算分析,讨论了土体的TI性质对动力刚度系数的影响。研究表明层状TI地基与均质TI地基中埋置基础的动力刚度系数有着本质的差异;单一TI土层地基中基础动力刚度系数的峰值频率由TI土层的竖向剪切模量决定,而峰值则由水平剪切模量决定;多TI土层地基中基础的动力刚度系数与其等效单一TI土层地基中基础的动力刚度系数亦有着显著的差异,且这种差异又与土层的排列次序有关。

饱和土-隧道动力相互作用对地震动土作用和孔隙动水压力的影响

本文利用间接边界元方法,研究了饱和土-隧道动力相互作用对隧道地震动土作用和孔隙动水压力的影响,考虑了不同隧道质量和埋深,以及地震波斜入射情况。饱和场地根据Biot理论模拟为两相介质,通过将饱和两相介质模型所得隧道地震动土作用与单相介质模型结果进行比较,分析了饱和土骨架和孔隙水动力耦合作用的影响。结果表明,饱和土-隧道动力相互作用对地震动土作用有明显放大效应,本文算例中,隧道水平地震动土作用较自由场结果最大放大1. 7倍,竖向地震动土作用较自由场结果最大放大1. 6倍;饱和土骨架和孔隙水的动力耦合作用对隧道地震动土作用大小也有显著影响,本文算例中,单相介质模型所得地震动土作用较饱和两相模型的最大差别可达210%。

三维椭球形盆地对球面波的散射

针对三维沉积盆地对球面波的散射问题,发展一种快速宽频间接边界元方法(IBEM)。利用ANSYS建立求解模型,基于Intel-Fortran编译器编译相应的计算程序,对基岩半空间三维半椭球形盆地对球面波的散射进行了数值分析,着重探讨入射波频率、波源埋深、波源与不规则地形(沉积盆地)距离等参数对地震动特性的影响规律,计算方法适用于求解任意复杂形状的局部场地,实现对沉积盆地三维地震响应的频域精细求解。研究结果表明:随着入射波频率增大,沉积盆地相对半空间的放大效应越显著,且干涉效应越强烈;高频波入射时,由于盆地底部透射的体波和盆地内部由体波转换为的面波以及从盆地边缘处透射的体波相互叠加,次方向位移出现一定的边缘效应。位移频谱分析表明,沉积盆地在较低频率时,地表不同点位的主方向位移幅值基本相同;在较高频率域内,地表不同点位的位移频谱特性差别很大;球面波入射与平面波入射相比之下,位移幅值均有所降低。整体来看,随着膨胀波源与盆地水平距离增大,地表主方向最大位移幅值降低,地表次方向位移聚焦区域增加且分布更分散。