高面板坝地震动三维非一致输入的波函数组合法

提出三维问题的波函数组合法求解不规则河谷的散射问题,应用到高面板坝动力有限元计算的地震动输入中,可以满足非一致输入的要求,并回避人工边界对外行波的反射问题。重点介绍三维问题的波函数组合法的理论推导和程序的算例验证,并给出将该方法应用到高面板坝地震动输入的基本步骤。     

圆弧形有水河谷场地对平面P波的散射

利用波函数展开法,在频域内给出了圆弧形充水河谷对平面P波散射问题的解析。并分析了入射波波长、入射角对充水河谷地形地面运动的影响。     

具有饱和土沉积层的充水河谷对平面波的散射

把波函数展开方法用于地震波散射问题的研究中,首次在频域内给出了具有饱和土沉积层的圆弧形充水河谷对平面P波和SV散射问题的解析解答. 其中半空间场地用单相介质弹性动力理论模拟,河谷中的饱和土沉积层用饱和多孔介质的Biot动力学理论模拟,河谷中的水用无黏性流体(理想流体)介质模拟. 文中还给出算例,计算了不同高宽比的河谷谷底的位移幅值,分析表明河谷地形的存在使得半空间介质表面的位移幅值随着观察点位置的变化变化较大.     

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。     

翡翠河谷地震动地形效应解析分析

地表不规则地形的存在往往会引起地震波的散射,进而产生局部地震动放大或衰减的现象.虽然地形效应最早在异常地震记录中被发现,然而利用地形影响台阵记录到的地震动数据却少之又少.基于1992年在我国台湾翡翠河谷上观测到的六条地形影响台阵记录,利用线源SH波入射下非对称V形河谷地震波传播解析理论,模拟得到了河谷台阵各点的地震动,...     

具有饱和土沉积层的充水河谷对平面瑞雷波的散射

针对具有饱和土沉积层的充水河谷对平面瑞雷波的散射问题,把半空间场地用单相弹性介质模拟,河谷中的饱和土沉积层用Biot饱和多孔介质动力理论模拟,河谷中的水假定为无黏性流体（理想流体）,利用波函数展开法在频域内给出了具有饱和土沉积层的圆弧形充水河谷对平面瑞雷波散射问题的解析解答.文中给出了算例,计算了不同输入频率和高宽比时河谷谷底的位移幅值.算例表明由于具有饱和土沉积层的充水河谷存在,使得河谷谷底的位移幅值放大4倍多,并且它的幅值随着河谷谷底位置的不同而产生较大的变化.     

圆弧状凹陷地形对平面P波的散射:高频解答

利用波函数的Fourier-Bessel级数展开,推导了具有不同深宽比的圆弧状凹陷地形对入射平面P波二维散射问题的解析解.与现有解析解不同之处在于,为了使该解析解适用于更高的入射波频率,本文利用了柱函数的渐进性质,使得散射波的待定系数可以直接确定,避免了线性方程组的求解以及相关的数值计算问题,从而拓展了该解析解适用的频带范围.通过与现有解析解的比较,论证了该解析解的正确性,进而在一个较宽的频带范围内分析了圆弧状凹陷地形对入射平面P波的散射效应.     

圆弧状凹陷地形对平面SV波散射问题的宽频带解析解

利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法,推导了具有不同深宽比的圆弧状凹陷地形对入射平面SV波二维散射问题的解析解。区别于现有其他解析解,利用柱函数的渐近性质,使得散射波的待定系数得以直接确定,避免了线性方程组的求解以及相应的高频波入射下的数值计算问题,从而拓展了解析解适用的频带范围。通过与已有解析解的比较论证了该解析解的正确性,并在一个较宽的频带范围内研究了圆弧状凹陷地形对入射平面SV波的散射效应。     

阶跃SH波作用下半圆形凹陷地形的瞬态反应—长期解

本文利用Ｌａｐｌａｃｅ变换和波函数展开方法讨论了在阶跃的ＳＨ位移波作用下半圆形凹陷地形的瞬态反应问题。经Ｌａｐｌａｃｅ反演后，求出了阶跃ＳＨ波通过凹陷地形后散射位移场的长期解。最后给出了在不同时刻凹陷地形表面上各点的位移反应。     

风化半圆形河谷对柱面SH波的散射解析解

风化河谷地震效应对建在此类场地上工程结构(如大坝、桥梁)的动力稳定性具有潜在的威胁,为揭示河谷风化层对地面运动的影响,利用波函数展开法推导风化半圆形河谷对线源柱面SH波散射问题的解析解。计算不同震源位置条件下风化半圆形河谷的地表位移反应和地面运动放大因子,分析地面运动的幅值和形态,发现随着震源距离的增大,在河谷附近地震动的放大和衰减的交替更频繁。     

不规则场地上基础的动阻抗及其在入射波作用下的输入运动

本文根据边界元方法建立了位不规则场上刚体的动阻抗和在入射平面波作用下的有效输入运动的分析模型，分析模型考虑了不规则场地和基础对入射波的散射作用以及土与基础的相互作用，通过验证确认了本方法的正确性，文中计算了凹陷，高地和盆地三种不规则场地土不同条件基础的动阻和有效输入的运动，并与半空间地基上相应基础的情况作了对比，计算表明，当基础尺寸与不规则场地范围可比时有必要用本文模型分析不规则场地的影响和土一结     

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.     

三维复杂山地多级次群推进迎风混合法多波型走时计算

三维复杂山地条件下的各种地震波型的走时计算技术,可以直接用于复杂山地区域地震波运动学特性的分析、地震数据采集观测系统的设计以及直接基于三维复杂地表的地震数据处理技术的研发.为了在三维复杂地表条件下准确、灵活且稳定地计算各种地震波型的走时,提出一种多级次群推进迎风混合法.该算法利用不等距迎风差分法简洁稳定地处理三维复杂地表及附近的局部走时计算问题,利用计算精度不错的迎风双线性插值法处理绝大部分均匀正方体网格中的局部走时计算问题,利用群推进法模拟三维复杂地表条件下地震波前的扩展问题,利用多级次算法处理各种类型的地震波的走时计算问题.算法分析和计算实例表明:新方法具有很好的计算精度与效率,且能灵活稳定地处理三维复杂地表复杂介质条件下的多波型走时计算问题.     

起伏地形下的高精度反射波走时层析成像方法

全球造山带及中国大陆中西部普遍具有强烈起伏的地形条件.复杂地形条件下的地壳结构成像问题像一面旗帜引领了当前矿产资源勘探和地球动力学研究的一个重要方向.深地震测深记录中反射波的有效探测深度可达全地壳乃至上地幔顶部,而初至波通常仅能探测上地壳浅部.为克服和弥补初至波探测深度的不足,本文基于前人对复杂地形条件下初至波成像的已有研究成果,采用数学变换手段将笛卡尔坐标系的不规则模型映射到曲线坐标系的规则模型,并将快速扫描方法与分区多步技术相结合,发展了反射波走时计算和射线追踪的方法.进而利用反射波走时反演,实现起伏地形下高精度的速度结构成像,从而为起伏地形下利用反射波数据高精度重建全地壳速度结构提供了一种全新方案.数值算例从正演计算精度、反演中初始模型依赖性、反演精度、纵横向分辨率以及抗噪性等方面验证了算法的正确性和可靠性.     

A Hybrid BE-GS Method for Modeling Regional Wave Propagation

—?We present a hybrid boundary-element (BE) and generalized screen propagator (GSP) method for the 2-D SH problem to model the combined effects of arbitrarily irregular topography, large-scale crustal variation, and the associated small-scale heterogeneities on regional wave propagation. We develop a boundary connection technique to couple the wave fields calculated by the BE method with those of the GSP method. Its validity is tested by numerical experiments. For a long crustal waveguide, the relatively short sections with severe surface topography can be modeled by the time-consuming BE method to high frequencies, and the exterior field in the relatively weak heterogeneous media of large volume can be calculated by the GSP method. For the waveguide with severe topography, the BE method can be used section by section via the boundary connection technique to model the combined effects of rough topography and large-scale structural variation on Lg wave propagation at extended regional distances.¶Numerical comparisons with independent methods showed that the hybrid method is relatively accurate for Lg simulation. We apply the hybrid method to Lg wave propagation in two real crustal waveguides in the Tibet region; one with Lg blockage and another without blockage. We found that the most characteristic effect from the irregular topography is the strong scattering by the topographic structures. The scattering by local irregular topographies leads to anomalous near-receive effects and tends to remove energy from the guided waves, which causes decay of amplitude and waveform distortion. It can be expected that rough surface topography and random heterogeneities with scale length close to the dominant wavelength will be very efficient in attenuating regional waves. The dramatic lateral variation of the topography-Moho large-scale structure combined with the small-scale rough topography and random heterogeneities could be the cause of Lg anomalous attenuation and blockage observed in this region. More quantitative assessment of the topographic effects must be conducted in the future.     

Well-balanced numerical modelling of non-uniform sediment transport in alluvial rivers

The last two decades have witnessed the development and application of well-balanced numerical models for shallow flows in natural rivers.However,until now there have been no such models for flows with non-uniform sediment transport.This paper presents a 1D well-balanced model to simulate flows and non-capacity transport of non-uniform sediment in alluvial rivers.The active layer formulation is adopted to resolve the change of bed sediment composition.In the framework of the finite volume Slope Llmiter Centred(SLIC) scheme,a surface gradient method is incorporated to attain well-balanced solutions to the governing equations.The proposed model is tested against typical cases with irregular topography,including the refilling of dredged trenches,aggradation due to sediment overloading and flood flow due to landslide dam failure.The agreement between the computed results and measured data is encouraging.Compared to a non-well-balanced model,the well-balanced model features improved performance in reproducing stage,velocity and bed deformation.It should find general applications for non-uniform sediment transport modelling in alluvial rivers,especially in mountain areas where the bed topography is mostly irregular.     

Seismic wavefield modeling in media with fluid-filled fractures and surface topography

We present a finite difference (FD) method for the simulation of seismic wave fields in fractured medium with an irregular (non-flat) free surface which is beneficial for interpreting exploration data acquired in mountainous regions. Fractures are introduced through the Coates-Schoenberg approach into the FD scheme which leads to local anisotropic properties of the media where fractures are embedded. To implement surface topography, we take advantage of the boundary-conforming grid and map a rectangular grid onto a curved one. We use a stable and explicit second-order accurate finite difference scheme to discretize the elastic wave equations (in a curvilinear coordinate system) in a 2D heterogeneous transversely isotropic medium with a horizontal axis of symmetry (HTI). Efficiency tests performed by different numerical experiments clearly illustrate the influence of an irregular free surface on seismic wave propagation in fractured media which may be significant to mountain seismic exploration. The tests also illustrate that the scattered waves induced by the tips of the fracture are re-scattered by the features of the free surface topography. The scattered waves provoked by the topography are re-scattered by the fractures, especially Rayleigh wave scattering whose amplitudes are much larger than others and making it very difficult to identify effective information from the fractures.     

内马铁路一期工程局部不规则二维场地地震反应分析

基于内马铁路一期工程地质资料，利用ABAQUS有限元软件建立某局部不规则二维场地有限元计算模型，利用Python语言进行二次开发，编制二维等效线性化计算程序。开展50年超越概率63%、10%和2%水准下的土层地震反应分析计算，对不规则地形不同位置处的地震动峰值加速度和频谱特性进行对比分析。研究结果表明，不规则地形对地震动特性的影响显著。本文研究结果对内马铁路一期工程地震动参数确定具有指导意义，同时可为跨越不规则地形工程结构抗震设计提供参考。     

The effect of local irregular topography on seismic ground motion

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