无破碎带断层场地对SH波的散射

在层状半空间精确动力刚度矩阵和斜线荷载动力格林函数的基础上建立间接边界元方法,在频域内求解无破碎带断层场地对入射平面SH波的散射。为方便求解,将总波场分解为自由波场和散射波场,自由波场由直接刚度法求得,断层两侧的散射波场通过在断层面上分别对两侧施加均布斜线荷载产生的动力响应来模拟,虚拟荷载的密度可通过引入断层表面的边界条件确定,最后叠加自由波场和散射波场求得总波场。以有落差断层和无落差断层模型为例进行数值计算,分析断层落差、断层倾角以及断层两侧介质的刚度比对散射效应的影响。研究表明,断层落差与波长相当时,断层对SH波的放大作用最大;地表位移幅值随着断层倾角的增大逐渐增大;若断层无落差且其两侧刚度不同时,一般刚度较小一侧地表位移幅值较大且振荡更为剧烈,波从刚度较小一侧入射时位移幅值放大尤为显著。     

斜入射平面SH波在层状半空间中沉积谷地周围的三维散射

The indirect boundary element method （IBEM） is used to study three-dimensional scattering of obliquely incident plane SH waves by an alluvial valley embedded in a layered half-space. The free-field response of the layered half-space is calculated by the direct stiffness method, and dynamic Green＇s functions of moving distributed loads acting on inclined lines in a layered half-space are calculated to simulate the scattering wave field. The presented method yields very accurate results since the three-dimensional dynamic stiffness matrix is exact and the moving distributed loads can act directly on the valley boundary without singularity. Numerical results and analyses are performed for amplification of obliquely incident plane SH waves around an alluvial valley in a uniform half-space and in single layer over half-space. The results show that the three-dimensional responses are distinctly different from the two-dimensional responses, and the displacement amplitudes around alluvial valleys in a uniform haft-space are obviously different from those in a layered half-space.     

层状半空间中洞室对平面SH波的放大作用

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中洞室对入射平面SH波的放大作用问题,并以基岩上单一土层中洞室对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。本文模型的特点之一是考虑了层状场地的动力特性,因而更接近于实际工程;特点之二是计算精度非常高。研究表明,层状半空间中洞室对波的放大作用与均匀半空间中情况有着本质的差别;层状半空间中洞室附近地表动力响应由土层动力特性和洞室对波的散射二者共同决定。土层动力特性不仅影响洞室附近地表位移的幅值,还会影响地表位移的频谱。在土层的前几阶共振频率附近,随着基岩与土层剪切波速比的增大,土层的影响随之增大,而随着土层厚度的增加,土层的影响随之减小,并逐渐趋于均匀半空间情况。     

圆弧形凹陷地形对平面SH波散射问题的级数解答

本文将Graf加法公式进行推广,使之适用于弹性波散射的外域问题。以此为基础并结合波动方程的级数展开技术,将圆弧形凹陷地形对平面SH波散射问题的稳态解答归结为一简单的无穷代数方程组的求解。当凹陷地形为半圆形状时,解答退化为已知的精确解。最后,给出若干典型算例,以便理解宽频带下局部凹陷深宽比对地震地面运动的影响,并用于检验各种直接数值方法的精度。     

圆弧型沉积盆地对平面SH波的散射

采用波函数展开方法给出圆弧型沉积盆地对面ＳＨ波二维散射问题的封闭级数解答。利用外域Ｇｒａｆ加法公式将解答归结为无穷代数方程组的求解。通过截断计算得到解答的数值结果，并通过连续条件的满足程度检验了截断计算的精度。将本文结果已有的近似解析解进行比较，指出了近似解答的误差来源和适用范围。给出一些典型算例说明盆地深度比对地震动的复杂作用。     

含多个圆弧状沉积层河谷场地对平面SH波散射问题的解析解

利用波函数展开法给出了含多个圆弧状沉积层河谷(盆地)场地对平面SH波二维散射问题的一个解析解,并以具有三个沉积层的河谷为例,分析了河谷中沉积层层数与排列次序对SH波散射的影响。     

近表面周期裂纹阵对SH波散射问题的边界元解

针对半空间中一近表面周期裂纹对SH波的散射问题,本文采用边界元法进行研究。利用周期性的条件,将问题归结为一个典型条带中含单个裂纹的问题,并推导出了以裂纹张开位移为未知函数的边界积分方程。为了解决高阶奇异的边界积分方程的数值计算问题,本文采用解析的方法进行降阶。计算了半空间表面的位移,与其他方法求解结果的比较证明了数值计算的可靠性。     

断层破碎带对非发震断层场地地震动的影响

运用动接触单元对断层场地中的非发震断层的实际运动状态进行了模拟，并结合有限元模型分析了断层场地中非发震断层对场地地震动的影响。通过计算和比较无摩擦力、有摩擦力和无断层三种工况，探讨了动接触单元模拟非发震断层的合理性。计算中还考虑了断层破碎带及断层破碎带土的一些性质，结果表明考虑断层破碎带的存在对于地震动是有影响的。同时还指出，在研究实际非发震断层对场地地震动影响时，应具体考虑场地诸因素的复杂性。     

Diffraction of plane SH waves by a semi-circular cavity in half-space

This paper presents a closed-form solution for diffraction of plane SH waves by a semi-circular cavity in half-space by using wave function expansion method. Accuracy of the solution is checked by the displacement residual and stress residual along the boundaries. Numerical results show that there are notable differences for response amplitudes between a semi-circular cavity and a whole-circular cavity in a half-space.     

Scattering of plane SH waves by a circular- arc hill with a circular tunnel

IntroductionEarthquakedamageinvestigationsandtheoreticalanalysesshowthatahillamplifiesincidentwavestremendouslyduetomulti-reflectionofthewaveswithinthehill;notabledynamicstressconcentrationisobservedonwallofatunnel(Pao,Mow,1973;Lee,Trifunac,1979).Therefore,itmaybeassumedthattheexistenceofatunnelinahillmighthavegreateramplificationeffectonthegroundmotionnearby,andthedynamicstressconcentrationofthetunnelinthehillmightbemorenotable.Itiscommonthattherailwaysorhighwaysarethroughahilloramountainwi…     

2.5D scattering of incident plane SH waves by a canyon in layered half-space

This paper presents 2.5D scattering of incident plane SH waves by a canyon in layered half-space by the indirect boundary element method (IBEM). The free field response is carried out to give the displacements and stresses on the line which forms boundary of the canyon. The fictitious uniform moving loads are applied to the same line to calculate the Green’s functions for the displacements and stresses. The amplitudes of the loads are determined by the boundary conditions. The displacements due to the free ...     

2.5D scattering of incident plane SV waves by a canyon in layered half-space

This paper presents a 2.5D scattering of incident plane SV waves by a canyon in a layered half-space by using the indirect boundary element method (IBEM). A free field response analysis is performed to provide the displacements and stresses on the boundary of the canyon where fictitious uniform moving loads are applied to calculate the Green’s functions for the displacements and stresses. The amplitudes of the loads are determined by the boundary conditions. The free field displacements are added to the fic...     

地下夹塞断面形状随机性对平面SH波散射的影响

采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下夹塞对平面SH波散射的半解析解; 利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组夹塞断面样本, 通过对该样本在平面SH波入射下地表位移幅值的统计分析, 研究了夹塞断面形状随机性对平面SH波散射的影响. 结果表明, 夹塞断面形状随机性对平面SH波的散射具有重要影响. 以圆形夹塞为例, 当断面半径的变异系数为0.1时, 地表位移响应幅值变异系数可达0.71. 随着入射频率的升高, 变异系数逐渐增大; 随着夹塞刚度的降低, 变异系数逐渐增大; 随着夹塞埋深的增加, 变异系数逐渐减小.     

弹性层状半空间中凸起地形对入射平面SH波的放大作用

对Wolf理论进行拓展,使之可解决凸起地形对波的散射问题,进而利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中凸起地形对入射平面SH波的放大作用问题。本文模型的显著特点之一是考虑了层状半空间的动力特性以及层状半空间和凸起地形的阻尼;特点之二是计算精度高。文中以基岩上单一土层中半圆凸起地形对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。研究表明,基岩上单一土层中凸起地形对入射平面SH波放大作用和均匀半空间中凸起地形有着本质的差别;土层动力特性不仅影响凸起地形地表位移的幅值,还会影响地表位移的频谱;阻尼会显著降低凸起地形对高频波的放大作用。     

斜入射平面SH波在层状半空间中沉积谷地周围的三维散射

采用直接刚度法计算自由场动力响应,以层状半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数模拟散射波场,采用间接边界元方法求解了层状半空间中沉积谷地对斜入射平面SH波的三维散射问题.由于文中采用的层状场地三维动力刚度矩阵是精确的,且用于模拟散射波场的均布移动斜线荷载可以直接施加在沉积交界面处而不存在奇异性,所以本文方法具有很高精度.文中以均匀半空间和基岩上单一土层中沉积谷地对入射SH波的散射为例进行了数值计算,研究表明,沉积谷地对地震波的三维散射与二维散射之间存在本质差别;层状半空间中沉积谷地与均匀半空间中沉积谷地附近地表位移存在显著差异.     

含峭壁V形峡谷对地震SH波散射的解析解

地表地形常引起地震动的局部放大,这是由于地震波传播至局部地形时产生了散射现象.本文利用波函数展开方法和区域匹配技术,提出了含峭壁V形峡谷对平面SH波散射问题的解析解,并进行了退化验证.通过频域内的参数分析,揭示了峭壁深度、入射波频率和角度等因素对峡谷场地地面运动的影响规律,发现上部峭壁会增强峡谷对地震动的地形放大效应.研究结果不仅为数值方法提供了验证基准,还可为含峭壁峡谷周边建筑物的抗震设计提供顺河向地震动输入.