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。     

SH波对圆弧形凸起地形的散射

本文采用\"契合”的方法,给出了一个求解平面SH波对圆弧形凸起地形散射的新方法.利用包括圆弧形凸起上边界线在内的一个圆域中预先构造的满足凸起边界应力为零,其余边界应力待定的级数解和其余下的具有圆弧形凹陷的半空间中的解答,通过在其结合面上完成\"契合”的过程中分别确定出圆域和半空间中的解答,给出了问题的最终结果.利用上述方法,问题的求解仍归结为对一个无穷代数方程组的求解.最后,本文给出了数值结果并对其进行了讨论.     

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.     

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     

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.     

横观各向同性层状半空间中凹陷地形对平面SH波的散射

沉积风化作用下土体表现出明显的成层特性和横观各向同性(TI)特性。将更为符合实际的TI介质模型引入到局部地形对地震波的散射问题研究有着重要的理论意义和工程实用价值。本文在TI土层平面外动力刚度矩阵的基础上,推导了斜线均布荷载动力格林函数,进而以该格林函数为基本解建立间接边界元方法研究了TI层状半空间中凹陷地形对平面SH波的散射问题。文中验证了方法的正确性,并分别在频域和时域内进行了数值计算分析。研究表明,TI介质中凹陷地形对SH波的散射与各向同性介质情况存在较大差异,凹陷附近地表位移幅值依赖于SH波的入射角度、入射频率和竖向与水平剪切模量比值;另外土体竖向与水平剪切模量比值对基岩上单一土层场地动力特性有着显著影响,进而使得TI层状场地凹陷附近位移幅值与各向同性情况差异变得更为复杂。     

弹性层状半空间中沉积谷地对入射平面SH波的放大作用

对Wolf理论进行拓展,使之可解决沉积谷地对波的散射问题,进而利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中沉积谷地对入射平面SH波的放大作用问题.通过自由场反应分析,求得假想边界上各点的位移和各单元的应力反应.施加虚拟均布荷载,求得位移和应力的格林函数.根据应力和位移连续边界条件确定虚拟分布荷载,将自由场反应和虚拟分布荷载产生的反应叠加起来,即得到问题的解答.最后,以基岩上单一土层中沉积谷地对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析,结果表明,层状半空间中沉积谷地和均匀半空间中沉积谷地对波的放大作用存在显著差别.文中分析了造成差别的原因,并讨论了覆盖层厚度和刚度对放大作用的影响.     

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

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.     

弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射平面SH波的三维散射(Ⅰ)——方法及验证

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射平面SH波的三维散射问题.通过与文献结果进行对比,验证了本方法的正确性.与工程中常用的二维模型比较表明,工程中将三维散射问题简单地分解为平面内问题和平面外问题的做法存在较大误差.文中并研究了斜入射角度对散射的影响,表明斜入射角度对地表位移幅值有着重要影响.     

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。     

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...     

曲线坐标在弹性波散射研究中的应用──SH波对不等深度凹陷地形的散射

本文利用曲线坐标的分析方法研究ＳＨ波对凹陷地形散射的边值问题。首先给出了在曲线坐标系中波动方程解的逼近函数序列，并使此解满足由曲线坐标所描述的具有不同深度的凹陷地形上的边界条件，最后将待解的问题归结为对一组无穷代数方程组的求解．本文提供的方法有如下的特点：（１）可将通常求解凹陷地形对ＳＨ波散射的波动方程的混合边值问题（指在不同边界区域上给出不同的应力分量的边界条件）化为一应力边值问题；（２）本文所使用的曲线坐标，可描述具有不同深度与宽度比的拟半圆形凹陷地形散射问题，并给出一般解；（３）本文方法可推广用于求解Ｐ（－ＳＶ）波对凹陷地形的散射问题。作为算例，本文给出了ＳＨ波对具有不同深度与宽度比的凹陷地形散射的数值结果，并进行了分析比较。     

半无限空间界面附近SH波对圆形衬砌的散射

建立了求解半无限空间中SH波对浅埋圆形衬砌结构的散射与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,在复平面上构造出了一个可以预先满足半空间自由表面上应力自由的边界条件的浅埋圆形衬砌对稳态SH波散射的波函数,并构造出衬砌内的散射波函数.然后根据衬砌周围的边界条件,将该问题转化为对一组无穷代数方程组的求解.最后给出了具体算例,并讨论了其数值结果.     

A note on three-dimensional scattering and diffraction by a hemispherical canyon–I: Vertically incident plane P-wave

The three-dimensional scattering by a hemi-spherical canyon in an elastic half-space subjected to seismic plane and spherical waves has long been a challenging boundary-value problem. It has been studied by earthquake engineers and strong-motion seismologists to understand the amplification effects caused by surface topography. The scattered and diffracted waves will, in all cases, consist of both longitudinal (P-) and shear (S-) shear waves. Together, at the half-space surface, these waves are not orthogonal over the infinite plane boundary of the half-space. Thus, to simultaneously satisfy both zero normal and shear stresses on the plane boundary numerical approximation of the geometry and/or wave functions were required, or in some cases, relaxed (disregarded). This paper re-examines this boundary-value problem from the applied mathematics point of view, and aims to redefine the proper form of the orthogonal spherical-wave functions for both the longitudinal and shear waves, so that they can together simultaneously satisfy the zero-stress boundary conditions at the half-space surface. With the zero-stress boundary conditions satisfied at the half-space surface, the most difficult part of the problem will be solved, and the remaining boundary conditions at the finite canyon surface will be easy to satisfy.     

层土动力Green函数数值计算中若干问题的探讨

动力Ｇｒｅｅｎ子数数值计算技术是动力边界元法得以实施的关键技术之一。本文 无对两类层状介质动力Ｇｒｅｅｎ函数的频域解进行了比较,在此基础上,文中着重探讨了在土－结构相互作用问题中应用显式动力Ｇｒｅｅｎ函数时的若干数值计算问题,包括土层的子层离散和波数的计算以及半空间的模拟等。