半空间饱和介质内圆形洞室对平面P1波的散射

考虑土颗粒和孔隙流体的压缩性以及孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用,采用修正的Biot模型,假定半空间表面不透水,得到了平面P1波(快压缩波)在半空间表面的反射P1波、P2波(慢压缩波)和SV波(剪切波)的幅值.采用大圆弧假定将半空间内圆形洞室的散射问题转化为大圆弧和圆形洞室的多重散射问题,运用波函数展开法将入射波、反射波以及半空间表面和洞室的散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数形式,由Graf加法定理得到同一坐标系下的势函数的表达式,根据半空间表面和洞室完全自由的边界条件得到了待定复系数的理论解.通过数值计算,着重分析了平面P1波垂直向上入射时无量纲入射频率和洞室埋藏深度等对洞室的动应力集中因子和半空间表面的归一化水平和竖向位移的影响.     

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。     

三维沉积盆地对地震动的放大效应间接边界元法模拟

基于一种高精度间接边界元法(IBEM), 实现了沉积盆地三维地震响应的频域、 时域精细求解, 并以半空间中椭球形沉积盆地对平面P波和SV波的散射为例, 着重探讨了入射角度、 入射波型、 入射频率、 盆地长宽比和深宽比对沉积盆地地震动放大效应的影响规律． 结果表明: 盆地形状对地震波的放大效应和空间分布状态具有显著影响, 且具体规律受控于入射波频段． ① 随着盆地深度增大, 盆地边缘面波发育更为充分, 在较宽频段内均会出现显著的地震动放大效应, 且深盆地的放大区域集中于盆地中部． ② 圆形盆地对地震波的汇聚效应最为显著, 而狭长盆地对地震波的汇聚作用相对较弱, 高频情况下可在盆地内部形成多个聚焦区域． ③ 不同波型入射下, 盆地对地震动放大效应的机制有所差异: P波入射下, 竖向位移放大主要是由于盆地边缘面波由四周向中部汇聚所致; SV波入射下, 边缘面波汇聚效应相对较弱, 而当盆地较深时, 底部透射体波和边缘面波易形成同相干涉从而显著放大地震动． 按盆地内外介质波速比为1/2, P波和SV波垂直入射下频域最大放大倍数分别为25和15, 时域放大倍数约为4.0和3.7(雷克子波)． ④ 低频波入射下, 位移从盆地中部向边缘逐渐减小, 且浅层沉积盆地对地表位移幅值的放大作用不明显． ⑤ P波和SV波的入射角度对盆地地震动放大幅值及空间分布特征也具有显著影响．      

平面SV波入射下半圆凸起地形地表运动解析解

采用波函数展开法,并借助辅助函数思想,给出了平面SV波入射下半圆凸起地形地表运动的一个解析解,并对解答的收敛性和截断计算精度进行了检验;最后通过若干算例分析了入射频率和入射角度以及凸起地形宽度对地表运动的影响. 数值结果表明,凸起地形对入射SV波具有显著的放大作用, 该放大作用可达自由场的4倍以上. 当入射频率较低时, 位移峰值多位于半空间地表; 而当入射频率较高时,位移峰值多位于凸起地形表面.      

速度随深度线性增长时反射剖面图的繪制方法

在很多地区地震波传播的真速度与深度的关系符合于线性规律V=V₀（1+kz）,式中V₀为地面速度,z为深度,k为常数.这时根据t₀值可求得等时线的圆心深度z₀及半径r:z₀1/k（ch（1/2）V₀kt₀-1）,（1）R=1/ksh1/2V₀kt₀.根据t₀值和其附近时距曲线斜率△t/l可计算出反射面倾角φ.     

层状半空间中洞室对入射平面P波的放大作用

文中利用间接边界元法,在频域内求解了层状弹性半空间中洞室对入射平面P波的放大作用问题。通过自由场反应分析,求得假想洞室边界上各单元的应力响应。在洞室边界各个单元上施加虚拟分布荷载,求得位移和应力的格林函数。根据应力边界条件确定虚拟分布荷载,将自由场位移响应和虚拟分布荷载产生的位移响应叠加起来,即得到问题的解答。比较了层状半空间和均匀半空间中洞室对入射平面P波的放大作用,结果表明,层状半空间情况有可能导致较大的地表位移幅值,尤其是对于较低频率入射波。     

平面波在粘滞性界面上的反射特征研究

当介质中存在按照一定方向排列的裂隙时，会在该区域形成接触程度不好的界面.当有地震波传播时，界面两侧的质点不再满足位移连续的条件，位移差与该点的应力有关.从而引起质点间的滑动，形成粘滞性界面.界面的这种特性可以用切向柔量和法向柔量来表示，柔量值越大，界面的接触程度和质点位移的连续性都越差.文中详细推导了平面波在粘滞性界面上的反射和透射系数公式，通过数值算例证明了粘滞性界面上的反射系数与入射波频率有关的性质.并说明了界面的粘滞性会在一定程度上影响到反射波的AVO特性.且当平面P波入射时，法向柔量对反射P波和转换波的影响均大于切向柔量的影响.     

三维层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波源自由场

采用刚度矩阵方法结合Hankel积分变换,求解了层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波的自由波场.首先,在柱坐标系下建立层状黏弹性半空间的反轴对称(柱面SH波)和轴对称(柱面P-SV波)情况精确动力刚度矩阵.进而由Hankel变换将空间域内的球面波展开为波数域内柱面波的叠加,然后将球面波源所在层的上下端面固定,求得固定层内的动力响应和固定端面反力,将固端反力反向施加到层状黏弹性半空间上,采用直接刚度法求得固端反力的动力响应,叠加固定层内和固端反力动力响应,求得波数域内球面波源动力响应.最后由Hankel积分逆变换求得频率-空间域内球面波源自由场,时域结果由傅里叶逆变换求得.文中验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中球面SH、P和SV波为例分别在频域和时域内进行了数值计算分析.研究表明基岩上单一土层中球面波自由场与均匀半空间情况有着本质差异;基岩上单一土层中球面波位移频谱峰值频率与场地固有频率相对应,基岩面的存在使得基岩上单一土层地表点的位移时程非常复杂,振动持续时间明显增长;阻尼的增大显著降低了动力响应的峰值,同时也显著减少了波在土层的往复次数.     

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.     

平面SV波在层状半空间中沉积谷地周围的散射

采用间接边界元方法求解了入射平面SV波在层状半空间中沉积谷地周围的散射问题.问题的解答包含自由场和散射场两部分.自由场可由直接刚度法求得,散射场由层状半空间中斜线荷载动力格林函数来模拟.文中以入射平面SV波在基岩上单一土层中沉积谷地周围散射为例研究了土层和沉积谷地周围的影响.结果表明,由于考虑了土层的动力特性,平面SV...     

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。      

The effect of local irregular topography on seismic ground motion

Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌｏｃａｌｉｒｒｅｇｕｌａｒｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｎｓｅｉｓｍｉｃ　ｇｒｏｕｎｄ　ｍｏｔｉｏｎＪＩＧ－ｈｏＬＩＵ（刘晶波）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＢｅｉｊｉ...     

电磁测深新方法的基本原理

用电磁波探测深度在几千米范围以内地层电性结构作为识别条件,指出入射波与地层界面反射波场强的复振幅或波形的叠加必须是能反映层次结构的“阶梯式”叠加。给出利用波形前沿叠加得出地层电导率、厚度及界面深度的方法。分析结果表明,该办法可以实现,并能得到唯一解。     

SV波入射情况下V型河谷地形对地震动的影响分析

基于局部人工边界的显式有限元方法,给出了二维V型河谷地形在SV波垂直人射下地面运动数值解,并分析其地震动分布规律以及两侧不同的边坡角度对于地震动分布规律的影响.数值结果表明:谷底的角点、两岸靠近河谷的点、两侧谷坡靠近谷底的点以及靠近两岸的点,对地表位移有放大作用,而对其邻近区域地表位移有抑制作用.这是由于角点处存在面的...     

Structural response for stochastic kinematic interaction

The influence of stochastic kinematic interaction (SKI) on structural response is investigated in this paper. The SKI is evaluated through a computational model based on the boundary element method (BEM) formulated in the frequency domain. The singular integrals required in the computation of BEM are evaluated in a closed form. It is assumed that the foundation input motion (FIM) is the result of the superposition of many plane, stationary, correlated stochastic SH‐, P‐ and SV‐waves travelling within a homogeneous viscoelastic soil at different angles. The results obtained indicate that the effect of SKI on the foundation response is qualitatively similar to that of wave passage. Both effects involve a reduction of translational components of the response at intermediate and high frequencies and creation of a rotational response component at intermediate frequencies, which decreases at high frequencies. While, it is found that the SKI decreases the maximum response of structures built on embedded rigid strip foundations excited by SH‐ and P‐waves, it increases the maximum response for SV‐waves, except when the natural frequency of the structure is less than 0.5 Hz and for short structures excited by shallowly incident SV‐waves. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Surface motion of a semi-cylindrical hill for incident plane SV waves： Analytical solution

Introduction Scattering of incident waves by local topographies is one of the most attractive topics in the field of engineering seismology. They can be resolved by either a numerical method or an analyti-cal method. The numerical methods include finite difference method, finite element method, boundary element method, etc. The analytical method is the wave function expansion method. Al-though numerical methods can be used for arbitrary-shaped topographies, the analytical solutions are still …     

地震体波斜入射下的断层台阶地震反应分析

应用显式有限元法对倾斜断层台阶在地震体波斜入射下的地震反应进行了数值模拟。模拟结果表明，P波入射时的竖向运动分量和SV波入射时的水平向运动分量在台阶上角点处存在极大值、在台阶下角点处存在极小值，同时在上下台面还出现由角点激发、向台阶外传播的转换体波与面波。这一结果说明，在断层台阶场地建设重大工程时应离开上角点一定距离，并考虑上下水平表面地面运动的差异性。     

地震体波斜入射情形下台阶地形引起的波型转换

本文首次对地震体波斜入射情形下竖直、倾斜台阶地形引起的波型转换进行了数值模拟，结果表明：地震波的斜入射会使台阶上角点引起更强的转换面波；转换Rayleigh面波最大振幅可达弹性半空间表面自由场位移的1.1倍左右。