近表面裂纹对SH波散射问题的边界元解

本文采用边界元法研究了半空间中一近表面裂纹对SH波的散射问题,导出了以裂纹张开位移为未知函数的边界积分方程,针对边界积分方程高阶奇异性的特点,运用降低奇异性的方法,计算了裂纹边界面的裂纹张开位移、半空间表面的散射位移、裂纹尖端的动态应力强度因子。给出的算例表明,本文的方法不仅计算量小,而且有较好的精度。     

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。     

计算断层自发破裂过程的离散网格划分研究

离散化网格的空间步长选取在各种数值算法中都是一个很受关注的问题,在全空间均匀介质模型和简单离散化方案下,利用边界积分方程方法研究在自发破裂求解过程中动力学参数组合Dc和Te (Dc为临界滑动弱化位移,Te为有效的断层破裂面上的初始应力)对计算网格划分的影响,初步得到了Dc和Te参数空间中的有效计算网格的选取规律,对合理、有效地运用边界积分方程方法计算地震震源的破裂过程具有重要的指导意义.      

平面SH波在弹性半空间中三维洞室周围的散射

结合弹性均匀半空间中力源格林影响函数,采用一种间接边界积分方程法求解了弹性半空间中三维洞室对入射平面SH波的散射问题。通过与已有结果的比较,验证了方法的计算精度。在此基础上,以半空间中圆球形洞室为例,对洞室附近地表位移响应和洞周应力集中特征进行了分析,并与二维模型进行了比较。研究表明:三维和二维模型对平面波的散射在整体上存在相似性,但也存在显著差别;二维模型的地表位移峰值均大于三维情况,前者地表位移空间分布更为复杂,动力响应更为剧烈;三维模型的洞室表面应力峰值则普遍大于二维情况,并且在峰值位置上存在显著差异,且随着频率增大,差异愈加明显。     

SH波地表散射的局域边界元模拟

本文提出了一种计算不规则起伏地形中SH波散射的有效方法——局域边界元法.本方法基于传统边界元法,为计算复杂地表散射问题提供了一种更加高效的解决方案.根据地震波满足的边界积分方程中牵引力格林函数的特性,我们将自由边界分解成水平部分和起伏部分.通过公式推导,可将水平部分的位移由起伏部分的位移通过格林函数线性叠加表示,因此只需对起伏部分的位移进行直接求解,从而极大地减少了待求解的未知数个数,显著提高了计算效率.通过与半圆形山谷SH波平面波入射的解析解比较,验证了方法的正确性.数值模型比较显示,局域边界元模拟结果与传统边界元数值解完全吻合,但是大幅提高了计算效率.因此,局域边界元法可以作为模拟不规则地形中地震波散射的有效工具.     

垂直地震力作用下弹性半空间上扁壳基础的解析解

用布希涅斯克定义的弹性半空间内的垂直位移包括两项积分,除了积分号前面系数的差别之外,第一项积分是单层位势而第二项积分为双层位势。若扁壳基础是正高斯曲率的几何曲面,则壳底与半空间表面间的挤压强度就是半空间表面作用的分布垂直荷载。当越过边界时,双层势位的函数值和单层势位的法向导数值发生跳跃。利用这些性质,本文得出布希涅斯克积分的反演公式,从而避开要求解偏微分—积分方程组的巨大数学困难而易于得出解析解。以椭园抛物面扁壳为例说明本文方法的应用。     

埋地目标体矢量电磁散射的一种快速正演算法

利用积分方程方法以及半空间并矢格林函数的快速算法对埋地目标体矢量电磁散射进行正演计算。首先,利用半空间电磁并矢格林函数建立起埋地目标体的体积分方程。然后通过将空间偏导转移至格林函数谱域积分的积分号之外,并采用离散复镜像方法来近似余下的零阶索末菲积分,进一步得到并矢格林函数各个分量的闭合形式。由于避免了对索末菲积分的繁琐数值计算,使得生成反应矩阵和计算散射场时由半空间并矢格林函数计算带来的瓶颈问题得到较好的克服,因而极大地提高了埋地目标体电磁响应正演计算效率,同时也能保证足够的精度。     

半拉格朗日模式风的半解析解及与差分解的比较试验

质点的轨迹计算是半拉格朗日模式的重要基础,传统的数值计算方法由于采用时间差分代替微分,只能得到质点运动轨迹终点的速度,因此质点的移动轨迹（位移）只能靠风速外推的方法计算,导致了模式计算不稳定等问题.借鉴精细积分法中使用半解析解的思路,利用正压原始方程研究了用运动方程的半解析解构建数值模式的可能性.求解了运动方程的一阶和二阶微分方程组的半解析解,通过时间积分半解析解计算质点运动轨迹.数值试验表明,一阶微分方程组的半解析解比差分解略有优势.二阶微分方程组的半解析解在时间步长增大时优势非常明显,而且在保证计算精度的前提下,节省计算时间,这对提高模式性能有重要作用.     

任意圆弧形凸起地形对平面SH波的散射

本文采用波函数展开方法提出弹性半空间表面一任意圆弧形凸起边界对平面ＳＨ波二维散射的封闭级数解答，利用引入的辅助函数和推广的外域型Ｇｒａｆ加法公式将解答归结为一代无穷代数方程组的求解，解答的数值结果可由无穷方程的截断计算得出，文中从级数项数增加时计算结果的收敛以及边界条件的收敛满足两方面检验了截断计算的精度，并指出了位移解答的收敛速度与主要参数之间的关系，同时，对凸起角点的应力奇异性及其对解答精度的     

一种适于电阻率成像的正演新方法

利用格林函数导出了2．5维问题中研究区域网格化条件下空间任意一点电位所满足的边界积分方程,基于该方程可以灵活地建立电阻率层析成像方法．用边界单元法求解该方程可得到地表和地下的电位分布,从而可以进行视电阻率模拟．所得计算结果与前人的实验结果及用其它方法获得的数值模拟结果的对比说明这一方法的正确性     

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。     

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.     

级数解边界积分法及其在地震波散射问题中的应用

级数解边界积分法是利用相应的齐次微分方程的解完备系作权函数来建立边界积分方程。本文采用级数解边界积分法并选取傅氏级数作试函数求解SH波散射问题,并将计算结果同解析解或其它数值方法的解做了比较。结果表明,本文方法计算简单、精度较高而且节省机时。文中还提出了用傅氏级数拟合复杂边界的方法。     

基于一种新显式时间积分算法的场地非线性地震反应分析

针对线弹性结构动力学方程,作者已提出一种具有良好稳定性的二阶精度单步显式时间积分算法。本文将该方法推广到求解材料非线性结构动力学方程中,采用带误差控制的修正欧拉算法计算单元应力,提高显式时间积分算法的精度。将求解非线性问题的显式算法应用于地震波垂直入射时非线性地震反应分析中,使用黏性边界模拟场地土层底部半空间基岩的辐射阻尼,并考虑地震动输入。与中心差分法计算结果进行对比,以表明新显式算法的有效性。     

平面SV波在饱和半空间中沉积谷地周围的散射

采用一种特殊的间接边界积分方程法,求解了平面SV波在饱和半空间中任意形状沉积谷地周围的二维散射问题。结合饱和半空间中膨胀波源和剪切波源格林函数,由分布在沉积和半空间交界面附近两虚拟波源面上的波源分别构造沉积内外的散射波场,由交界面连续条件建立方程并求解确定虚拟波源密度,总波场反应即可由自由波场和散射波场叠加而得。然后通过边界条件验算、退化解答与现有结果的比较以及稳定性检验,验证了方法的计算精度。通过一组典型算例,研究了平面SV波在饱和半空间中沉积谷地周围散射的基本规律,详细给出了不同参数情况沉积谷地附近地表位移幅值和孔隙水压,着重分析了入射SV波频率和角度、边界渗透条件、沉积孔隙率等因素对场地反应的影响,得出了一些有益的结论。     

流固边界耦合介质高阶有限差分地震正演模拟方法

本文针对流固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的正演数值模拟方法. 首先,从一阶位移-应力弹性波方程出发,基于海底流固边界的位移和应力的连续性条件,采用三次样条海底界面定量表征方法,推导出不规则海底界面下流固边界耦合介质中的地震波波动方程;其次,通过空间微分的高阶差分格式提高数值模拟的空间精度,并结合已推导的地震波波动方程,将四阶时间微分转换至高阶空间微分,进一步提高了数值模拟的时间精度;最后,在与标量波波动方程数值模拟结果对比分析的基础上,分别利用简单的水平层状模型和复杂海底模型,验证和讨论了本文提出的流固边界耦合介质高阶有限差分地震波正演模拟方法的有效性和准确性.      

电磁波法探测地下异常体的数值模型和实验模型

本文研究均匀有耗媒质全空间及半空间中三维异常体散射的数值模型和实验模型。用矩量法解体积分方程,导出自小块积分的简单准确的计算公式,说明非自小块积分以及索末菲积分的简化计算方法。给出两个利用金属镜象板的水池测试装置,说明与测试方法有关的若干主要问题。计算结果与测量结果基本吻合。     

流体饱和多孔隙介质弹性波方程边界元解法研究

基于流体饱和多孔隙各向同性介质模型,本文首先推导了流体饱和多孔隙介质中弹性波传播的频率域系统动力方程及边界积分方程,然后给出了流体饱和多孔隙介质弹性波方程的基本解,最后,利用本文给出的边界元方法对流体饱和多孔隙各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟.结果表明：不论是从固相位移,还是液相位移的地震合成记录都能看到明显的慢速P波,本文提出的流体饱和多孔隙介质弹性波边界元法是有效可行的.     

三维地形频率域人工源电磁场的边界元模拟方法

提出了一种用边界元法计算频率域人工源三维地形电磁场的数值模拟方法.首先用矢量积分理论和电磁场边界条件，将上半空间（空气）和下半空间（地下介质）两个区域电磁场边值问题变为仅对地形界面的两个矢量面积分方程.然后将对地形界面的积分剖分为一系列的三角单元积分.在三角单元积分中，假设单元中电磁场为无限大气空间电磁场与地形影响的叠加,并假设地形影响为常项,这样既保证了计算精度又使得计算方法简便.通过分解和计算，每一个矢量面积分方程分解为对应三个坐标方向的三个常量线性方程，这些线性方程组成了对角占优的线性方程组，可用SSOR方法求解.文中给出了垂直磁偶源的垂直磁场地形影响的例子.     

任意方向震源二维兰姆问题的一个精确解

均匀弹性半空间表面或内部震源产生的地震波场的解析解属于Lamb问题,采用Cagniard-deHoop方法,对与水平面呈任意夹角的表面线源,求解了其作用于弹性半空间时的拉普拉斯-傅里叶双积分变换解.以δ-脉冲函数为例,给出了任意方向作用力下波场的构成,并定量解出了P波、S波、首波和Rayleigh波等各波的位移表达式,分析了不同作用方向下各波位移的相对大小.建立数值模型并进行数值模拟,模拟结果验证了理论研究的正确性.研究成果为近地表地震波场的研究提供了理论依据.