SH波在含圆形孔洞的半圆形凸起处的散射

采用复变函数法研究了含有圆形孔洞的半圆形凸起地形对SH波的散射问题。第一步将所研究的域分为两个域，相应地构造出了所论问题的两组解：一组是在凸起边界上满足应力为零、而其余边界应力待定的圆环域中的级数解，另一个组为含有半圆形凹陷的半空间的解。第二步，通过上述两个域(两组解)在“公共边界”上实施“契合”，建立起求解该问题的无穷代数方程组。第三步，对有限个方程进行数值求解，给出了地表位移幅值和圆形孔洞的表面位移及周边上的动应力集中的数值结果，并讨论了波数及凸起和圆孔半径比等的影响。     

半无限空间中圆形孔洞周围SH波的散射

建立了求解在含有圆形孔洞的弹性半空间中SH波散射与圆形孔洞附近动应力集中问题的解析方法。利用SH波散射的对称性和多极坐标的方法，构造了一个可以预先满足半空间自由表面上应力自由边界条件的圆形孔洞对SH波散射的波函数。利用这一波函数，则可将该问题转化成对一个圆形孔洞散射的求解问题。该问题的解答最终又可归结为对一组无究代数方程组的求解问题，并可利用截断有限项的方法对其进行计算，最后给出了有关圆形也洞附近动应力集中问题的算例和数值结果，并讨论了波数与圆孔至自由边界距离变化对动应力集中的影响。     

饱和土半空间中地下圆形衬砌洞室对平面SV波的散射

在Biot饱和多孔介质动力学理论的基础上,利用Fourier-Bessel级数展开法,通过对舍有衬砌洞室的局部场地进行波场分析,得到饱和土半空间中圆柱形衬砌洞室对平面SV波的散射问题的解析解。经验证,本文得到的解可以退化为半空间单相介质的情况。通过与已有的单相弹性介质半空间中圆柱形衬砌洞室对平面SV波散射问题的解析解的对比,验证了此解的正确性。在解析解的基础上,数值计算给出洞口动应力集中放大系数,分析了入射频率和孔洞埋深对柱面上的应力集中因子的影响。     

SH波入射时多个半圆形沉积谷地附近浅埋圆形孔洞的动力分析

本文采用辅助函数的思想,利用复变函数和多级坐标的方法给出了SH波入射条件下多个半圆形沉积谷地附近浅埋圆形孔洞动力分析问题的解答。将整个求解区域分割成两部分来处理,区域I为多个半圆形沉积谷地,区域II为浅埋圆形孔洞附近带半圆形凹陷的半无限弹性空间。在区域I和II中分别构造位移解,并在二个区域的“公共边界”上实施位移应力的连续条件,建立求解该问题的无穷代数方程组。最后,本文给出了算例和数值结果,并对其进行了讨论。     

应用最小二乘法求解平面P波在孔洞上的散射

弹性波在孔洞上的散射问题可采用复变函数方法求解,用含有待定系数的"域函数"表示散射波的位移势函数,如何准确地求解该待定系数是获得问题解答的关键。本文根据孔洞边缘的径向和切向应力为零的边界条件用最小二乘法建立求解待定系数的线性方程组,得到有限项系数的近似解。通过圆孔、椭圆孔和方孔的数值算例,分析了P波作用下不同形状孔洞边缘的动应力集中系数的特征,讨论了孔边的径向和切向应力计算误差与待定系数项数的关系。计算结果表明,采用最小二乘法求解散射波的待定系数,能够获得满足一定精度要求的孔附近动应力集中系数的解答。     

SH波冲击下浅埋任意形孔洞的动力分析

求解了稳态SH波垂直弹性半空间水平表面入射时,浅埋任意形孔洞的动力响应。采用复变函数和多极坐标方法构造了一个能够自动满足水平表面上应力自由边界条件的散射波函数。应用这一波函数,将半空间中的问题转化为求解一个全空间中任意形孔洞的散射问题,最终将问题归结为对一组无穷代数方程组的求解。作为对抗爆问题的研究,给出了浅埋椭圆孔和方孔附近的动应力集中系数的数值结果,并对算例进行了讨论。     

孔隙介质中面波有限差分模拟及应力镜像条件（英文）

地震波沿自由表面传播P波和S波干涉会产生面波现象。因此,地震波数值模拟中需要精确地处理自由表面边界以获取面波传播的数值解。本文提出了一种基于动态孔弹性理论包含自由表面边界处理的时空域交错网格有限差分数值计算方法。针对自由表面,推广弹性介质中的传统应力镜像自由边界处理方法,提出一种新的描述孔隙介质固体和流体自由边界特征适用于面波模拟的应力镜像法。自由表面所在网格节点上的相应镜像的处理就能获得稳定精确的面波数值解。数值模拟得到的第一类Rayleigh波的结果表明该算法在相应的弹性介质中一样的网格剖分下就可获得保证精度的稳定解。数值模拟的例子反映了本文所述方法的有效性。     

广义特征线法和裂缝扩展的弹性波反射问题

本文利用Smirnov-Sobolev方法推导了二维弹性体中简单波的广义特征线和特征关系,并用特征线的反射法处理了半平面中Ⅰ型裂纹匀速扩展的弹性波反射问题,给出了自由边界上加速度的封闭解。最后通过算例讨论了弹性波速、破裂速率、裂纹埋深和距离等因素对表面加速度的影响。     

任意圆弧形凸起地形中隧洞对入射平面SH波的影响

借助辅助函数的思想， 采用波函数展开法给出了圆弧形凸起地形中隧洞对入射平面SH波影响问题的一个解析解．数值结果表明，凸起地形中隧洞的存在以及隧洞大小，对凸起地形表面运动，以及凸起地形中的隧洞的动应力集中均具有显著影响．      

SH波在浅埋多个圆孔处的散射与地震动

研究了以任意方向入射的平面SH波在浅埋多个圆孔处的散射与地震动问题。利用SH散射的对称性和多极坐标方法构造了问题的位移解。当入射波的波长与圆孔的半径相比较小时,地震动将受到较大的影响。影响地震动有三个主要参数:(1)SH波的入射角α0;(2)入射波波数η,即圆形孔洞的半径与入射波半波长之比;(3)诸圆孔的埋置情况,诸孔的埋深hi/ai、孔心距Di/ai,即圆形孔洞至表面距离与圆半径之比和圆形孔洞中心的距离与半径之比。当η较大时,地震动幅值变化激烈,位移幅值可出现跳动和放大的现象。当诸圆孔的最小埋深量hi/ai和孔心距Di/ai超过10-12时,位移幅值恢复至半空间单一圆孔散射的情况,表明圆形孔洞的影响可被忽略。     

柱面波在半空间中洞室周围的散射

采用一种间接边界积分方程法求解了柱面波在半空间中洞室周围的散射问题。通过边界条件的验算以及退化解答与精确解的比较,验证了本文方法的计算精度。文中主要分析了入射波频率、波源与洞室距离等参数对洞室附近地表位移响应和洞室动应力集中的影响,得出了一些有益的结论。     

中国构造应力场与大震复发周期关系的数值模拟

由古地震资料推算得到的中国境内各活动断裂带上大震复发周期值存在很大差异,对于这种差异可从构造应力产生的弹性应变能分布去探讨其原因。经过对中国及邻区边界条件和受力方式进行较详细的分析后,先以最大主压应力方向为判据,用有限元数值模拟方法反演中国及邻区的板块边界力和区内的构造应力场,然后分析计算应变能随离板块边界的距离增大所呈现的衰减规律,由此换算出要达到相同应变能（一次地震）各地所需的积累时间,并将其与用古地震方法得到的一些已知断层带大震复发周期进行对比。结果表明用应力衰减图象能解释不同地区大震复发周期的显著差异     

中国东部地区地震活动与构造应力场关系的有限元数值模拟

运用有限元数值模拟方法结合板块构造边界条件和板内构造分布特征对中国大陆东部地区的基本构造应力场进行数值模拟,根据研究区受周边板块作用的情况分析板块边界作用力的变化对内部应力场的影响。对比有限元数值模拟结果解释了中国大陆东部地区地震活动空间分布的特点。     

用波函数展开法求解界面圆孔的SH波散射问题

研究了ＳＨ波绕界面圆孔散射的波函数展开理论。由入射,反射和透射波组成的自由波场与孔的散射场叠加成总波场。将定义于两个半平面的散射场按一定方式延拓到全平面。通过Ｈａｎｋｅｌ－Ｆｏｕｒｉｅｒ型积分来满足界面与孔缘处的边界条件,得到了确定特定系数的封闭代数方程组。给出了具体算例,计算了孔缘处的动应力系数分布。     

Scattering of SH-wave by multiple circular cavities in half space

In this paper, an analytic method is developed to address steady SH-wave scattering and perform dynamic analysis of multiple circular cavities in half space. The scattered wave function used for scattering of SH-waves by multiple circular cavities, which automatically satisfies the stress-free condition at the horizontal surface, is constructed by applying the symmetry of the SH-wave scattering and the method of multi-polar coordinates system. Applying this scattered wave function and method of moving coordinates, the original problem can be transformed to the problem of SH-wave scattering by multiple circular cavities in the full space. Finally, the solution of the problem can be reduced to a series of algebraic equations and solved numerically by truncating the infinite algebraic equations to the finite ones. Numerical examples are provided for case with two cavities to show the effect of wave number, and the distances between the centers of the cavities and from the centers to the ground surface on the dynamic stress concentration around the cavity impacted by incident steady SH-wave.     

Dynamic stress concentration of an elliptical cavity in a semi-elliptical hill under SH-waves

The method of wave-function expansion in elliptical coordinates,elliptical cosine half-range expansion and Mathieu function were applied to obtain an exact analytical solution of the dynamic stress concentration factor(DSCF)around an elliptical cavity in a shallow,semi-elliptical hill.An infinite system of simultaneous linear equations for solving this problem was established by substituting the wave expression obtained by the Mathieu function including the standing wave expression of elliptical lining given herein into the boundary condition obtained by the region-matching method.The finite equations system with unknown coefficients obtained by truncation were solved numerically,and the results in the case of an ellipse degenerating into a circle were compared with previous results to verify the accuracy of the method.The effects of different aspect ratios,incident wave angles and aperture ratios on the dynamic stress concentration around the elliptical cavity were described.Some numerical results,when the elliptical hill was changed into a circular one,were analyzed and compared in detail.In engineering,this model can be regarded as a semi-cylindrical hill with an elliptical cylindrical unlined tunnel under the action of SH waves,and the results are significant in aseismic design.     

Dynamic interaction between 3-D rigid surface foundations and comparison with the ATC-3 provisions

The dynamic behaviour of a system of three-dimensional, massless, rigid, surface foundations of arbitrary shape perfectly bonded to the elastic half-space is numerically studied with the frequency domain boundary element method. This method employs the dynamic Green's function for the surface of the half-space and this results in a discretization of only the soil-foundation interfaces. In addition, use of isoparametric quadratic quadrilateral boundary elements increases the accuracy of the method, which is confirmed by comparison with other known numerical solutions. Externally applied loads, harmonically varying with time, are considered. The through the soil coupling effect between the foundations as a function of distance and frequency is assessed through extensive parametric studies involving two and four rigid foundations being isolated or interconnected. It is found that the assertion of ATC-3 regulations that omission of coupling effects leads to conservative results is not always correct for all frequencies.     

2维和2.5维起伏地表直流电法有限差分数值模拟

起伏地表直流电场数值模拟现多采用有限元法,主要是因为其有灵活的处理曲边界的能力,然而有限元法比有限差分法要复杂,如果让有限差分法也同样具有较好的处理曲边界的能力,那数值模拟将变得更为简单.本文通过在非正则内点处采用不等距差分,在起伏地表点处直接实现边界条件,克服转移法人为改变地表形状的弊端,使得基于笛卡尔网格的有限差分...     

基坑桩地震冲击下的受力分析模型仿真

当前利用改进动力Winkler模型分析基坑桩地震冲击下的受力情况,不能预防应力波的反射作用,导致其分析结果具有不全面、准确性低的缺点。本论述提出有限元数值模拟的基坑桩地震冲击下的受力分析模型,通过基坑桩小应变模型描述不同应力状态下基坑桩模量的变化,采用有限元数值模拟方法结合基坑桩小应变模型对基坑桩有限元模型进行塑造。在约束基坑桩有限元模型边界条件时,模型选择黏性阻尼器的吸收边界,使模型边界上的应力波不会遭到折射,避免运算结果出现误差。利用Newmark方法对基坑桩有限元模型进行动力时程分析,实现基坑桩在不同应力状态下的受力分析。实验结果证明:所提模型能够有效、准确的对地震冲击下的基坑应力分布、基坑桩身弯曲度、变形位移以及桩体水平位移差值对比等进行全面的分析。