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。     

圆弧状凹陷地形在平面SH波入射下的动力响应：高频解答

利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法和外域型Graf加法公式,推导了圆弧状凹陷地形对平面SH波二维散射问题的解析解。与现有其他解析解不同的是,该解析解的获得无须求解线性方程组,从而避免了高频波入射下方程组系数矩阵可能出现的病态问题。因此,既使在入射波频率很高的情况下,该解析解也能够收敛。利用该解,在一个非常宽的频带范围内讨论了凹陷地形的几何形状对地面运动的影响。     

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SH波在相邻多个半圆形凹陷地形上的散射

本文利用复变函数和多极坐标方法研究平面SH波对相邻多个半圆形凹陷地形的散射问题。文中首先给出了相邻多个半圆形凹陷地形对SH波散射的波函数,进一步利用移动坐标的方法逐一地满足凹陷地形的边界条件。最后将解的问题归结为对一组无穷代数方程组的求解。作为算例,对具有两个半圆形凹陷地形的问题进行了分析,给出了数值结果,并进行了一些讨论。     

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.     

圆弧形凹陷在SH波入射下瞬态反应的解析解

针对现有地震波散射问题的解析解均在频域内给出,其适用的频带较窄,不能获取到可靠的瞬态反应解析解的问题,本文利用宽频带频域解析解进一步获取了不同空间点地震反应的宽频带频响函数,并基于傅里叶变换得出SH波入射下圆弧形凹陷地形瞬态动力响应的解析解.以上述为基础,研究了输入脉冲与实际地震动时凹陷的瞬态反应的基本特征,并重点分析...     

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。     

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.

     

圆弧形凹陷地形表面覆盖层对入射平面SV波的影响

利用Fourier Bessel级数展开法，给出了表面具有覆盖层的圆弧形凹陷地形对入射平面SV波散射问题的一个解析解，并利用该解分析了不同深宽比凹陷地形表面覆盖层刚度和厚度对入射SV波的影响．结果表明，凹陷地形表面覆盖层的存在，即使厚度很薄，也会显著增加对入射SV波的放大作用，该放大作用可达到单一凹陷地形的2.5倍以上．覆盖层刚度和厚度的变化对入射平面SV波也具有很大影响．      

Broadband Analytical Solution to the Scattering of Plane SV Waves by Circular Cylindrical Canyons

Based on Fourier-Bessel series expansion of wave functions,an analytical solution to 2-D scattering ofincident plane SV waves by circular cylindrical canyons with variable depthto-width ratios is deduced in this paper. Unlike other analytical solutions,this paper uses the asymptotic behavior of the cylindrical function to directly define the undetermined coefficients of scattered waves,thus,avoiding solving linear equation systems and the related numerical computation problems under high-frequency incident waves,thereby broadening the applicable frequency range of analytical solutions. Through comparison with existing analytical solutions,the correctness of this solution is demonstrated. Finally, the incident plane SV wave scattering effect under circular cylindrical canyons in wider frequency bands is explored.     

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。     

分离式双圆形隧道衬砌对平面SH波的散射

采用波函数展开法,将入射、散射和折射SH波的位移势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据Graf加法定理,得到了任一局部圆柱坐标系下的波场势函数的表达式.根据隧道衬砌与周围岩体都在界面处应力和位移连续及衬砌内边界完全自由的边界条件,得到了分离式双隧道衬砌对入射平面,SH波的多重散射问题的理论解.通过数值计算分析得出:入射频率、衬砌间距、衬砌与围岩的模量比及衬砌的厚度等是影响衬砌内侧的无量纲位移和动应力集中因子分布的重要因素,为双衬砌或多衬砌的地震评价提供了理论依据.     

Scattering of Plane P Waves by Circular-arc Canyon Topography:High-frequency Solution

Through the Fourier-Bessel series expansion of wave functions,the analytical solution to the two-dimensional scattering problem of incidental plane P waves by circular-arc canyon topography with different depth-to-width ratio is deduced.Unlike other existing analytical solutions,in order to ensure that the analytical solution is valid for higher frequency incident waves,the asymptotic properties of cylindrical functions are in this paper introduced to directly determine the unknown coefficients of scattering waves,avoiding the solution of linear equation systems and corresponding numerical issues,which in turn expand the frequency band in which the analytical solution is valid.Comparison with other existing analytical solutions demonstrates that the proposed analytical solution is correct.Furthermore,the scattering effects of a circular-arc canyon on the incident plane P wave are analyzed in a comparatively broad frequency band.     

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.     

半空间饱和介质内圆形洞室对平面P1波的散射

考虑土颗粒和孔隙流体的压缩性以及孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用,采用修正的Biot模型,假定半空间表面不透水,得到了平面P1波(快压缩波)在半空间表面的反射P1波、P2波(慢压缩波)和SV波(剪切波)的幅值.采用大圆弧假定将半空间内圆形洞室的散射问题转化为大圆弧和圆形洞室的多重散射问题,运用波函数展开法将入射波、反射波以及半空间表面和洞室的散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数形式,由Graf加法定理得到同一坐标系下的势函数的表达式,根据半空间表面和洞室完全自由的边界条件得到了待定复系数的理论解.通过数值计算,着重分析了平面P1波垂直向上入射时无量纲入射频率和洞室埋藏深度等对洞室的动应力集中因子和半空间表面的归一化水平和竖向位移的影响.     

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。     

楔形空间中圆弧形沉积对平面P波的散射解析解

基于大圆弧假定,利用傅立叶-贝塞尔（Fourier-Bessel）级数波函数展开法,给出了含圆弧形沉积的楔形空间对平面P波的散射解析解。为方便构造地表面引起的散射波场,本文利用2个大圆弧面来模拟地表面,由连续性边界条件建立方程并求解得出该问题的解析解。算例结果表明,楔形空间沉积附近地表的动力响应特征依赖于入射波频率、入射角度、沉积内外介质特性与楔形夹角等因素,且位移放大效应较半空间情况更为显著。     

SH波入射下圆弧状沉积盆地地震反应瞬态解析解计算

地震波散射问题的解析解是研究局部场地、地形、盆地等不规则地层结构对地震动参数放大效应影响的重要理论工具。现有解析解大部分在频域内给出,无法直接用于研究不规则地层结构对地震动峰值、反应谱等参数的放大效应。本文基于平面SH波入射下圆弧状沉积盆地动力响应宽频带稳态解析解,通过Fourier变换,获取瞬态响应解析解。基于此,研究El Centro波入射下,沉积盆地对地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移及不同周期反应谱的放大效应。研究结果表明,盆地宽度和深度、沉积介质波速、入射波角度等对盆地放大效应具有显著影响,地震动反应谱谱比最大值超过2.0,且宽度达10 km的较大型盆地对长周期地震动参数具有显著放大效应,对于位于该类盆地的超高层建筑、大型储液罐、大跨度桥梁等长周期结构,应充分考虑盆地对抗震设防参数的影响。     

圆弧状多层沉积谷地在平面P波入射下稳态响应的解析解

规则的沉积谷地对地震波散射问题解析解的研究是地球物理学、地震学与地震工程学等学科领域重要的研究课题之一.Trifunac最先利用波函数的Fourier-Bessel级数展开在极坐标系下给出了半圆形沉积谷地对平面SH波散射问题的精确解析解.其后,Wong和Trifunac利用波函数的Mathieu级数展开在椭圆坐标系下给出了半椭圆形沉积谷地对平面SH波散射问题的解析解.