Influence of Approach Channel on Wave Propagation with Varying Incident Angles

The variation of the amplitude of waves with varying incident angles when waves propagate through a typical approach channel is discussed by a numerical calculation method, the result of which shows that the influence of the channel on wave propagation is obvious. When the wave propagation direction is in coincidence with the channel axis, the wave amplitude ratio will decrease with the increase of propagation distance. When the incident angle is 15 - 30 , there appears an area of larger wave amplitude ratio on the side slope facing the waves, but at the another side, the wave amplitude ratio is generally small, indicating that the channel has a shielding effect. When waves propagate across the channel perpendicularly, the wave amplitude ratio can be calculated with the shallow water coefficient.

Characteristics of the electromagnetic wave propagation in magnetized plasma sheath and practical method for blackout mitigation

“Magnetic window”is considered as an effective method to solve the communication blackout issue.COMSOL software package based on the finite element method is utilized to simulate the propagation of right-handed circularly polarized wave in the magnetized plasma sheath.We assume a double Gaussian model of electron density and an exponential attenuation model of magnetic field.The propagation characteristics of right-handed circularly polarized wave are analyzed by the observation of the reflected,transmitted and loss coefficient.The numerical results show that the propagation of right-handed circularly polarized wave in the magnetized plasma sheath varies for different incident angles,collision frequencies,non-uniform magnetic fields and non-uniform plasma densities.We notice that reducing the wave frequency can meet the propagation conditions of whistle mode in the weak magnetized plasma sheath.And the transmittance of whistle mode is less affected by the variation of the electron density and the collision frequency.It can be used as a communication window.

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明:1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。

SV波斜入射下海底沉管隧道地震响应研究

为避免近场斜入射地震波对海底沉管隧道造成灾难性后果,对沉管隧道及其剪力键在斜入射地震作用下的动力响应规律进行深入研究。首先,基于时域有限元方法并结合黏弹性人工边界,将地震波转换为模型边界节点的等效节点力,建立基于波动理论的三维平面SV波斜入射方法,并采用半空间算例验证该方法的准确性;然后,在该地震波输入方法的基础上,利用ABAQUS软件建立土体-沉管隧道节段三维精细化有限元模型,研究地震SV波斜入射作用下不同入射角度对沉管隧道及其剪力键动力响应的影响。研究结果表明:1)当SV波入射角接近临界角时,斜入射对隧道竖向和纵向响应达到最大值,水平响应与入射角呈反比关系;2)斜入射会使结构中对称部位产生非对称剪力,剪力键的剪力承担比也发生改变;3)剪力键根部易产生拉伸裂缝,端角也可能因应力集中而产生局部破坏。

SV波斜入射下混凝土重力坝易损性分析

易损性分析是评估不同强度地震作用下混凝土重力坝各级破坏概率的有效方法。目前重力坝易损性分析通常假定地震波为垂直入射,然而在近断层区域,地震波往往是倾斜入射的,地震波斜入射对重力坝地震响应有显著影响。从太平洋地震工程研究中心数据库选取16条地震动记录,采用黏弹性人工边界结合等效节点荷载实现SV波斜入射波动输入。采用增量动力分析方法对地震动峰值加速度进行调幅,以印度Koyna混凝土重力坝为研究对象,以坝顶相对位移为抗震性能指标,建立SV波斜入射下重力坝不同震损等级的易损性曲线。结果表明,与垂直入射相比,相同震损等级和相同地震动强度下,斜入射时重力坝破坏概率减小;当PGA接近重力坝实际遭受的地震动强度时,入射角为15°和30°时破坏概率与垂直入射相比最大减小率分别为27.3%和68.2%;各地震强度下,15°和30°斜入射相对于垂直入射的破坏概率差异值最大分别达36.6%、83.9%。因此,混凝土重力坝抗震性能分析应考虑地震波斜入射的影响。研究结果也可为近断层区域混凝土重力坝安全风险评估提供参考。

Approximate Calculation of Oblique Wave Transmission from A Single-Row of Rectangular Piles

Transmissions of oblique incident wave from a row of rectangular piles are analyzed theoretically. The incident angle of plane wave is taken as g = 90° , there then is the transmission coefficient ｜T｜ = 1 （This is a paradox）. In this paper, by means of the approximate relation between the transmitted and incident wave angle found from the shape of a slit, the paradoxical phenomenon is removed. On the basis of the continuality of the pressure and flux and the analysis of flow resistance at the row of rectangular piles, formulas of reflection and transmission coefficients are obtained. The transmission and reflection coefficients predicted by the present model quite agree with those of laboratory experiments in previous references

The Interaction of Oblique Flexural Gravity Waves With a Small Bottom Deformation on a Porous Ocean-Bed： Green＇s Function Approach

The interaction of oblique incident water waves with a small bottom deformation on a porous ocean-bed is examined analytically here within the framework of linear water wave theory. The upper surface of the ocean is assumed to be covered by an infinitely extended thin uniform elastic plate, while the lower surface is bounded by a porous bottom surface having a small deformation. By employing a simplified perturbation analysis, involving a small parameter c^（〈〈l ）, which measures the smallness of the deformation, the governing Boundary Value Problem （BVP） is reduced to a simpler BVP for the first-order correction of the potential function. This BVP is solved using a method based on Green＇s integral theorem with the introduction of suitable Green＇s function to obtain the first-order potential, and this potential function is then utilized to calculate the first-order reflection and transmission coefficients in terms of integrals involving the shape function c（x） representing the bottom deformation. Consideration of a patch of sinusoidal ripples shows that when the quotient of twice the component of the incident field wave number propagating just below the elastic plate and the ripple wave number approaches one, the theory predicts a resonant interaction between the bed and the surface below the elastic plate. Again, for small angles of incidence, the reflected wave energy is more as compared to the other angles of incidence. It is also observed that the reflected wave energy is somewhat sensitive to the changes in the flexural rigidity of the elastic plate, the porosity of the bed and the ripple wave numbers. The main advantage of the present study is that the results for the values of reflection and transmission coefficients obtained are found to satisfy the energy-balance relation almost accurately.

超声波干涉及可视化实验装置研制

为了丰富大学物理声学实验内容,研制了一种多功能超声波干涉实验装置。基于空气介质设计了双振子干涉声速测量实验和半波损失验证实验。分别采用干涉声场测量法和干涉条纹移动法进行声速测量实验,并利用示波器实现了干涉声场声压分布的可视化。分别以有机玻璃、橡胶和玻璃为反射面材料,利用干涉法验证掠入射条件下的半波损失现象,并估算出掠入射角的范围。该实验装置实验现象明显、可操作性强,获评北京市第十六届大学生物理实验竞赛一等奖。

斜入射情形场地基本周期的计算

场地基本周期是场地效应模型的重要变量,是场地分类的重要指标。已有基本周期的计算假定基岩地震波为垂直入射,常用方法包括利用垂直入射情形下场地内SH波竖向一维传播模型建立的模拟与经验方法,其中逐层单自由度法这一经验方法因计算简易、结果与模拟方法相当而被日本抗震设计规范所采纳。然而垂直入射假定大多与实际不符,为此给出可考虑基岩地震波斜入射的场地基本周期计算方法。首先利用Snell定律将基岩斜入射地震波作用下场地内的SH波二维传播表征为一维竖向视传播建立了斜入射情形场地内SH波传播模型。其次利用这一模型给出了斜入射情形基本周期计算的模拟和修正逐层单自由度法并应用于KiK-net台站场地,结果表明基本周期随入射角的增加而变小,就统计所得平均入射角57°而言,基本周期将缩减11%;修正逐层单自由度法可准确考虑斜入射的影响且计算简易度和原方法相当。最后,讨论了基岩面选取对基本周期计算的影响,结果表明,若依据土体首次达到给定剪切波速以确定基岩面,当剪切波速大于700m/s时,不同基岩面所对应的基本周期具有高度线性相关性。

平均入射角道集PP波与PS波联合反演

在界面两侧地层的弹性参数弱反差的假设难以成立的情况下,本文提出用平均入射角道集进行PP波与PS波的联合反演.首先,在PP波与PS波AVA(amplitude versus angle,振幅随入射角变化)道集的基础上,分别选择小入射角范围与大入射角范围的AVA道集进行局部加权叠加,以获得由两个角度组成的平均入射角道集,并作为后续反演的输入数据.然后,再通过最小二乘原理建立了PP波与PS波联合反演目标函数,推导了模型修改量的向量公式,建立了平均入射角道集联合反演的流程.模型数据与实际数据的测试结果表明:在信噪比较低、地层弹性参数反差较大、层厚较薄的情况下,该反演方法的精度在很大程度上超过了基于近似反射系数的反演方法,为复杂油气藏勘探提供了新的思路.

SV波斜入射时双线并行地铁隧道横截面地震响应分析

SV波以大角度斜入射时,场地伴随更大的竖向地震作用,这很可能使得地铁隧道地震响应特点异于小角度斜入射情况。基于粘弹性人工边界理论,采用频域刚度矩阵法计算任意角度斜入射SV波的地震动输入等效节点力,通过ABAQUS有限元软件建立自由场模型,验证了0°、30°、40°和50°斜入射SV波地震动输入的准确性;在此基础上建立任意角度斜入射SV波作用下的地下双线并行圆形地铁隧道地震响应分析数值模型,从场地类别、隧道埋深和双隧道间距等方面分析SV波入射角度对隧道结构横断面地震响应的影响。研究表明:入射角度0°及略大于SV波临界角的入射角度是浅埋圆形地铁隧道结构抗震的最不利角度,尤其对于II类场地,若仅在临界角以内研究衬砌结构的地震响应,将显著低估衬砌结构的动力响应;此外,隧道埋深对衬砌动弯矩、动轴力峰值具有显著影响,这种影响与场地类别密切相关;II类和III类场地中小隧道间距条件下隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应具有一定的增大效应,而IV类场地中可忽略隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应所产生的影响。

风浪流成长全过程单点系泊FPSO运动低频响应极值研究

为了探求风浪流成长全过程对应的单点系泊FPSO低频响应极值,应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,研究了单点系泊FPSO低频运动响应与风浪流入射角度之间的关系,得出了给定风浪流大小前提下最危险的入射角度,计算了风浪流载荷在发展、顶峰、消亡各不同阶段对应的船体低频运动响应极值.结果表明:单点系泊FPSO低频响应与风浪流入射角度密切相关,且响应最大值可能并不出现在有义波高、风速、流速最大的顶峰时期,而可能出现在有义波高、风速、流速较小但风浪流入射角度呈强非线性的发展或消亡阶段.因此,在研究单点系泊FPSO的低频响应极值时,必须考虑风浪流成长过程中的发展和消亡阶段.文中考虑了易被忽略的风浪流成长过程中入射角度呈强非线性的发展和衰亡阶段,为单点系泊FPSO低频响应特性的分析提供了有益参考.

地下圆形衬砌洞室对SH波的散射(Ⅰ):3-D级数解

针对地下圆形衬砌洞室对入射平面SH波的散射问题,采用波函数展开法,研究了不同频率入射波作用下,圆形衬砌洞室散射的三维级数解.结果表明:当入射波所在平面与圆形衬砌洞室Z轴互相垂直时,该级数解退化为半无限二维空间中的结果.级数解为定量研究圆形衬砌洞室对不同入射角度和入射波长下的SH波的散射引起的地震动的影响提供了理论依据.

损耗介质中电磁波折射规律分析

本文在研究各向同性介质的基础上,分别对复折射角和复波矢两种方法进行考察,并从折射角和菲涅耳系数方面证明了这两种方法的等价性.我们进一步利用时域有限差分法数值模拟了损耗介质中的电磁波传播过程,验证了理论分析结果的可靠性.更有趣的是,与无损耗介质折射不同,电磁波在斜入射到损耗介质后可能存在不改变传播方向的情况,即折射角可以等于入射角.这些分析不仅有利于理解电磁波在无损耗介质-损耗介质中的传播规律,也对电磁学知识的学习与应用有所帮助.

2012年唐山M_L5.1地震S波分裂研究

利用河北数字地震台网中陡河地震台的三分向数字化地震资料,计算2012年唐山5.1级地震余震S波分裂参数,结果表明:1余震快S波偏振方向主要集中在90°—127°,平均偏振角近似为102.73°;2每千米延迟时间为1.29—13.05 ms。由此认为,S波分裂参数可以反映震源区应力场的动态变化信息,可以为唐山地区应力场研究与地震预测提供有用信息。

叠前联合反演P波阻抗和S波阻抗的研究及应用

隐蔽油气藏勘探越来越引起业界的广泛重视,地震资料叠前数据的分析应用成为热点。本文在AVO分析和地震波阻抗反演研究的基础上,分析了Fatti-AVO方程和稀疏尖脉冲反演的原理,对叠前多个角道集数据体实施联合约束稀疏尖脉冲反演,可同时得到P波阻抗、S波阻抗和密度三个数据体。与P波阻抗相比,S波阻抗更能反映岩性和流体。在此基础上提取岩石弹性组合属性参数,再结合AVO属性参数联合用于精细储层描述,可提高识别岩性和流体的精度。在鄂尔多斯地区的实际应用表明,该方法可为识别隐蔽性岩性油气藏提供技术支持。

P波与SV波斜入射下岩体隧道洞口段地震响应分析

当通过人工边界转换方法模拟静动力耦合效应时,既有耦合边界模拟方法存在使模型位移场变化较大的问题,影响地震波斜入射下隧道结构地震响应分析结果的准确性。提出了一种基于多次静力分析的人工边界转换改进方法,使有限元模型动力分析的初始状态与静力分析的应力状态、位移场均一致,实现了静动力联合分析。采用黏弹性边界结合等效荷载的外源波动输入方法,基于ABAQUS软件建立斜入射P波与SV波下的数值地震分析模型,通过算例验证模型与所提方法的可靠性。进行一系列非线性时程分析,对比分析了P波与SV波分别斜入射对隧道衬砌结构地震响应的影响规律。结果表明:该方法可以保证隧道静动力边界转换前后位移的一致性;随着入射角度的增加,P波作用下,结构水平加速度先增大后减小,竖向加速度呈递减趋势,而SV波作用下,水平和竖向加速度均呈增大趋势;当入射角大于20°时,相较于P波斜入射,SV波斜入射下隧道拱肩、拱脚处的应力水平更高;隧道结构在斜入射SV波下的损伤程度高于斜入射P波。

澜沧—耿马地震的S波偏振

通过对1988年11月6日澜沧—耿马7.6、7.2级强震前后S波偏振角的计算分析,得出大震前偏振角变化幅度小,U_(SH)—U(SV)值图象呈规则分布;大震后到11月30日6.7级强余震前,偏振角变化幅度增大,U_(SH)—U_(SV)值图象散开,分布方向仍与前震相似。6.7级强余震发生后,偏振角变化幅度大,U_(SH)—U_(SV)值图象弥散分布,线性和方向性消失。与此同时,对前震、余震的P波S波最大振幅比值变化分布进行研究,得出大震前小震破裂面方向是北北西向,与主震破裂面相同,余震的破裂面与主震破裂面不完全相同,是主断面激发多组不同方向的新断面参与活动。

自由界面上SV波入射的反射系数变化特征

地震反射系数的幅值与相位是地震反射波的重要特征,对地震资料反演起着重要作用。利用自由界面上SV波入射的反射系数公式,通过建立9个不同泊松比的介质模型,绘制了反射SV波与转换P波反射系数的振幅、相位随入射角及泊松比的变化曲线,分析了不同泊松比介质的反射系数随入射角变化的规律,特别关注临界角附近的突变特征。通过对比分析发现:在临界角附近,对于P波反射系数的突变值,大泊松比(0.3~0.5)和小泊松比(0~0.3)介质存在较大差异。随着采样点数的增加,能更准确观测到SV波反射系数曲线在临界角前的极小点,进而充分认识SV波的全波型转换。研究结果对于深入认识地震波传播特征以及实施广角地震勘探或多波地震勘探具有较大实际意义。