GRAPES模式切线性垂直扩散方案的误差分析和改进

针对GRAPES四维变分同化系统的升级, 研究了GRAPES模式垂直扩散方案线性化问题。通过2005年8月7—27日21个个例的批量试验, 发现在GRAPES模式垂直扩散方案源代码的基础上逐句线性化得到的切线性垂直扩散方案即使能通过正确性测试试验, 在少数情况下也会存在很大误差。切线性模式计算的扰动气压场和扰动风场可能出现明显异常, 这种异常与垂直扩散方案中地表动量通量的强非线性有关。如果在切线性垂直扩散方案中忽略地表动量通量扰动, 既可以避免异常的出现, 又不影响其他正常时刻的计算精度。修改后的切线性垂直扩散方案能够在所有变量上一致地提高切线性模式的计算精度。     

基于广义Hoek-Brown准则的瞬时线性化强度折减技术

广义Hoek-Brown(HB)准则广泛应用于岩体的计算和分析,然而,广义HB准则是典型的非线性强度准则,不能直接在有限元强度折减法中采用来开展岩体的稳定性分析。针对这一问题,开展瞬时线性化研究,根据已有的应力状态将HB强度包线上一点的抗剪强度转化为该点切线对应的黏聚力和内摩擦角,并提出了两种瞬时线性化强度折减方案:(1)基于弹塑性分析获得的应力场,对每个应力点专属的瞬时Mohr-Coulomb(MC)强度参数进行折减,相应的方法记为Point-IL-SSRFEM;(2)由于传统有限元法要求单元的抗剪强度参数保持不变,在每个单元上各个应力点获得瞬时MC强度参数后,对这些参数进行单元均一化处理并进行折减,相应的方法记为Element-IL-SSRFEM。基于岩质边坡算例,对比和评述了三参数等比折减技术和瞬时线性化强度折减技术。数值分析结果表明:与Element-IL-SSRFEM相比,Point-IL-SSRFEM对网格划分的要求较低,计算精度和计算效率相对较高;与三参数等比折减相比,Point-IL-SSRFEM的计算精度高、计算性能稳定。因此,推荐使用Point-IL-SSRFEM来分析岩质边坡的稳定性。     

水平成层场地动剪应变与震动速度关系解析

以SHAKE2000为代表的频域等效线性化是目前主流的土层地震动计算方法。由于该方法在软土场地计算结果严重不合理,其改进方法成为目前研究热点,主要采用频率相关法,但一直没有取得实效。对频率相关法中土体动剪应变和震动速度成恒定比例关系的基本假定进行研究,从波动方程推导出了均匀全空间单向行波、单一均匀半无限场地、成层场地等3种典型场地中土体剪应变与震动速度关系的精确解答,通过数值试验研究了这一假定的合理性与偏差程度。结果表明：动剪应变和震动速度成恒定比例关系这一假定只有在无边界均匀介质单向行波情形下才成立,对于实际成层土场地,动剪应变与震动速度关系强烈依赖于波的频率和观察点的位置,如果在土层地震反应分析中忽略反射波而采用单向行波恒定比例假定将会使计算结果产生显著偏差;动剪应变与震动速度成恒定比例关系的假定导致的偏差达4个量级,即使对于单一均匀半无限空间模型偏差也十分显著;对实际土层地震动的求解,该假定在理论上定性错误,定量上偏差不可接受,必须放弃而另寻其他途径。     

土层分层参数不确定时对二维工程场址地震动影响分析

工程场地地震安全性评价中计算二维复杂场地地震反应分析时,如采用一维等效线性化分析模型会带来较大的误差,而直接采用二维的非线性模型在技术上还存在一定的困难和不合理性。目前工程中多采用对一维分析结果进行二维修正的思想给出设计地震动及反应谱。然而在建立二维分析模型时,由于勘测条件的限制使模型建立出现很多不确定性。基于以往提出的二维复杂工程场址设计地震动的修正分析思想,建立了几种可能且工程认可的二维复杂场地模型,主要研究不同分层特征模型及土层剪切波速这一物理参数不确定时对设计地震动的影响,进一步考虑不同场地类别下,不同二维分层模型及土体物理参数对地震动的影响。根据分析结果提出了不同类别场地下,方便且合理建立二维复杂场地地震动分析模型的方法,为实际工程中模型的建立及参数的选取提供一些参考。     

天津滨海软土场地的大震远场作用

利用天津滨海地区丰富的地震地质钻孔资料及测试数据,建立了相应的地震反应模型.选取美国加州1992年Landers地震的远场记录P0841作为基底输入,采用工程上常用的等效线性化方法进行了土层地震反应分析,以期对天津滨海软土场地的大震远场作用得到一些定性的认识．结果显示,天津滨海软土场地对远场大震地震动峰值加速度的放大作用比较显著,但不同场地条件放大作用有明显差异,Ⅳ类场地的放大效应明显减弱.对基岩与地表反应谱比的分析显示, 滨海场地对基岩地震动的不同频率分量的放大作用具有明显的不同,对短周期分量甚至出现了缩减,但当滨海软土场地受到与场地卓越周期相吻合的地震动影响时,可能会产生很可观的放大作用,这对建在其上的高层、超高层建筑可能会构成较大的威胁．      

Ⅰ建筑类场地反应谱参数取值问题探讨

在对89、01抗震规范中Ⅰ类场地分类界限深入的探讨的基础上,利用目前地震安全性评价中广泛使用的基于一维等效线性化波动方法研究了某市沿海地区为代表的浅层覆盖土条件下的地震动参数取值问题。针对各种情况下Ⅰ类建筑场地土,构造若干具有工程意义的典型场地剖面,合成适合本地区的基底输入地震波,计算得到浅层覆盖土条件下的场地地表加速度峰值和反应谱周期。通过对几种类型土计算结果和实际操作的分析和探讨,结果表明:放大倍数谱描述结果概念更强;复核结果偏于保守,且与抗震选用参数不兼容;当钻孔足够多时,低波速钻孔标定谱形接近高波速钻孔。     

基于重力卫星几何轨道线性化的地球重力场反演方法

传统动力学法的观测方程以6个初始轨道参数和先验力模型为初值进行线性化,其线性化误差随积分弧长拉长而增大.本文直接以重力卫星的几何观测轨道为初值进行线性化,其线性化误差与轨道弧长无关,且不需要初始重力场模型和初始轨道参数.导出了基于卫星轨道观测值反演重力场模型的相关公式,利用JPL公布的RL02版本2008年全年的GRACE双星轨道数据和加速度计数据解算了90阶次的地球重力场模型TJGRACE01S,并以EGM2008模型为基准与其他模型进行了比较分析,结果表明:TJGRACE01S模型直到90阶次的大地水准面累积误差为17.6 cm,优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型,前27阶位系数整体精度优于EIGEN-GRACE01S,前15阶位系数整体精度与EIGEN-GRACE02S模型精度大致相当.利用美国8221个GPS水准点数据的分析结果也表明,本文模型也优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型.     

对含厚软表层海域工程场地设计 地震动参数确定的一点建议

工程上常用的等效线性化方法在处理常见的、 含厚软表层的海域场地时, 其计算结果往往产生较大的偏异. 为了研究这些计算偏异产生的程度, 本文利用等效线性化方法对典型海域工程钻孔进行了小震、 中震和大震3种不同工况下保留和舍弃软表层情况下的土层计算. 考虑到在大震作用下, 土体可能进入大的非线性范围, 等效线性化将不再适用, 故引入了一种能更好地考虑土层大非线性效应的直接时域积分方法, 并与等效线性化方法研究结果进行了对比分析. 在此基础上, 给出了确定含厚软表层海域工程场地设计地震动参数的处理建议.