三维层状场地的精确动力刚度矩阵及格林函数

本文对Wolf二维层状场地精确动力刚度矩阵进行推广,给出了三维层状场地的精确动力刚度矩阵。刚度矩阵具有对称的特点,且因刚度矩阵是精确的,计算结果不受土层单元厚度的影响,可以大大提高计算效率。文中对刚度矩阵进行了数值验证。利用三维层状场地动力刚度矩阵,计算分析了基岩上单一土层场地的动力响应。最后作为动力刚度矩阵的另一重要应用,给出了表面或埋置矩形均布荷载或集中荷载的动力格林函数计算方法。     

平面P波在饱和半空间中洞室周围的散射(I):解析解

利用波函数展开法给出了入射平面P波在饱和半空间中圆形洞室周围散射问题的一个解析解。半空间假定为无粘性流体饱和介质,满足Biot理论。采用一种基于实验数据的孔隙率和模量之间的线性关系来确定Biot模型中的介质参数。解答考虑了透水边界和非透水边界两种情况。对边界条件进行了数值检验,结果表明,随着级数截断项数的增大,边界残量衰减很快。解答为进一步研究入射波频率和角度、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等参数对散射的影响奠定了基础。     

地下圆形衬砌隧道对沿线地震动的影响(Ⅰ):级数解

利用波函数展开法，给出了地下圆形衬砌隧道对入射平面P波和SV波散射问题的一个级数解答，当衬砌与半空间介质相同时，该解答退化为文献中的无衬砌隧道的解答。级数解答为进一步定量研究隧道对入射平面P波和SV波的放大作用以及入射波长、入射角度、隧道直径和衬砌刚度等参数对隧道沿线地震动的影响奠定了理论基础。     

层状半空间中洞室对入射平面P波的放大作用

文中利用间接边界元法,在频域内求解了层状弹性半空间中洞室对入射平面P波的放大作用问题。通过自由场反应分析,求得假想洞室边界上各单元的应力响应。在洞室边界各个单元上施加虚拟分布荷载,求得位移和应力的格林函数。根据应力边界条件确定虚拟分布荷载,将自由场位移响应和虚拟分布荷载产生的位移响应叠加起来,即得到问题的解答。比较了层状半空间和均匀半空间中洞室对入射平面P波的放大作用,结果表明,层状半空间情况有可能导致较大的地表位移幅值,尤其是对于较低频率入射波。     

Recording-based identification of site liquefaction

Reconnaissance reports and pertinent research on seismic hazards show that liquefaction is one of the key sources of damage to geotechnical and structural engineering systems. Therefore, identifying site liquefaction conditions plays an important role in seismic hazard mitigation. One of the widely used approaches for detecting liquefaction is based on the time-frequency analysis of ground motion recordings, in which short-time Fourier transform is typically used. It is known that recordings at a site with liquefaction are the result of nonlinear responses of seismic waves propagating in the liquefied layers underneath the site. Moreover, Fourier transform is not effective in characterizing such dynamic features as time-dependent frequency of the recordings rooted in nonlinear responses. Therefore, the aforementioned approach may not be intrinsically effective in detecting liquefaction. An alternative to the Fourier-based approach is presented in this study, which proposes time-frequency analysis of earthquake ground motion recordings with the aid of the Hilbert-Huang transform （HHT）, and offers justification for the HHT in addressing the liquefaction features shown in the recordings. The paper then defines the predominant instantaneous frequency （PIF） and introduces the PiF-related motion features to identify liquefaction conditions at a given site. Analysis of 29 recorded data sets at different site conditions shows that the proposed approach is effective in detecting site liquefaction in comparison with other methods.     

地下透镜体断面形状随机性对地表动力响应极值的影响

采用波函数展开法及边界离散的方法给出任意断面形状的地下透镜体对平面SH波散射的半解析解,利用蒙特卡罗方法随机模拟产生30组透镜体断面样本,通过对30组具有同一统计特征的任意断面地下透镜体在平面SH波入射下地表动力响应极值的统计分析并与相应椭圆透镜体解答比较,研究透镜体断面形状随机性对平面SH波散射的影响。研究表明,透镜体断面形状随机性对地表动力响应极值具有重要影响。以长短轴比为4的椭圆形透镜体为例,当断面矢径的变异系数为0.1时,样本地表位移响应极值的最大值远大于对应椭圆透镜体解的极值,平均可达47.46%。且增加幅度随着透镜体介质与半空间介质波速差距增大而增大。透镜体埋深越小,增加幅度越大。     

隧道-土-隧道轴向动力相互作用的一个解析解

本文采用波函数展开法给出弹性半空间中隧道-土-隧道轴向动力相互作用的一个解析解,并通过对地表位移残差的收敛性分析对解析解的精度进行了验证。研究了隧道埋深、隧道质量、隧道间距、波入射频率和入射角度等参数对隧道轴向动力响应的影响。研究表明,隧道埋深越小,隧道动力响应越大;隧道质量越大,隧道动力响应越大;隧道间距越小,隧道动力响应越大,但隧道间距的影响并不是单调变化,与波入射频率密切相关,两个隧道情况动力响应幅值可达单隧道情况的2.7倍。当隧道间距较小时,地下隧道的抗震设计需要考虑隧道之间的影响。     

地下T型交叉管廊的抗震时程分析

利用ABAQUS有限元软件,进行地下T型交叉管廊的抗震时程分析。计算模型采用黏弹性边界结合地震动输入等效节点力的方法建立,土体的非线性采用等价线性方法考虑,混凝土材料采用塑性损伤模型模拟。以某拟建的双舱地下综合管廊工程为例,研究了T型交叉管廊在地震波激励下的内力。研究表明,T型交叉管廊交界面的内力最大;相比于非交叉管廊,在T型交叉管廊交界面位置处,T型交叉节点对轴线与振动方向一致的管廊的截面弯矩影响最大,放大了233倍;T型交叉节点对轴线与振动方向垂直的管廊的轴力影响最大,放大了17倍。研究对于T型交叉管廊的抗震设计具有一定参考价值。     

基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟

基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带（5~10 Hz或更高）需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域（FK）方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度（PGA）和峰值速度（PGV）云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s^-2,PGV达到45 cm·s^-1,烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.

     

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(Ⅱ) 数值结果与分析

以基岩上单一土层场地为例, 计算分析了在斜入射平面SH波作用下弹性层状半空间中无限长洞室附近的地表位移. 研究表明, 层状半空间中地下洞室对波的散射与均匀半空间情况存在显著差别. 层状场地由于考虑了场地自身的动力特性, 使得洞室附近地表位移幅值的空间变化更为复杂, 基岩与土层刚度比、 土层厚度对散射效应均有着重要影响. 随着基岩与土层刚度比的增大, 地表位移幅值整体上逐渐增大; 随着土层厚度的增大, 土层对地表位移幅值的影响逐渐减小. 在频域解答的基础上, 给出了层状半空间中洞室对斜入射SH波散射的时域解答, 并以Ricker波为例进行了数值计算.