Dynamic interaction numerical models in the time domain based on the high performance scaled boundary finite element method

Consideration of structure-foundation-soil dynamic interaction is a basic requirement in the evaluation of the seismic safety of nuclear power facilities. An efficient and accurate dynamic interaction numerical model in the time domain has become an important topic of current research. In this study, the scaled boundary finite element method （SBFEM） is improved for use as an effective numerical approach with good application prospects. This method has several advantages, including dimensionality reduction, accuracy of the radial analytical solution, and unlike other boundary element methods, it does not require a fundamental solution. This study focuses on establishing a high performance scaled boundary finite element interaction analysis model in the time domain based on the acceleration unit-impulse response matrix, in which several new solution techniques, such as a dimensionless method to solve the interaction force, are applied to improve the numerical stability of the actual soil parameters and reduce the amount of calculation. Finally, the feasibility of the time domain methods are illustrated by the response of the nuclear power structure and the accuracy of the algorithms are dynamically verified by comparison with the refinement of a large-scale viscoelastic soil model.     

Condensed hyperelements method of non-vertical consistent boundaries for wave propagation analysis in irregular media

The study of wave propagation in finite/infinite media has many applications in geotechnical and structural earthquake engineering and has been a focus of research for the past few decades. This paper presents an analysis of 2D anti- plane problems （Love waves） and 2D in-plane problems （Rayleigh waves） in the frequency domain in media consisting of a near-field irregular and a far-field regular part. The near field part may contain structures and its boundaries with the far-field can be of any shape. In this study, the irregular boundaries of the near-field are treated as consistent boundaries, extending the concept of Lysmer＇s vertical consistent boundaries. The presented technique is called the Condensed Hyperelements Method （CHM）. In this method, the irregular boundary is limited to a vertical boundary at each end that is a consistent boundary at the far-field side. Between the two ends, the medium is discretized with hyperelements. Using static condensation, the stiffness matrix of the far-field is derived for the nodes on the irregular boundary. Examples of the application of the CHM illustrate its excellent accuracy and efficiency.     

中国大陆活动地块边界带强震震级分布特征研究

本文利用基于广义帕累托分布的超阈值分布模型,对中国大陆活动地块边界带强震震级分布特征开展研究,给出了各活动地块边界带强震震级的广义帕累托分布参数估计。结果表明,广义帕累托分布较好地拟合了各边界带强震数据,形状参数估计均为负值,说明对应震级应有上限,因此广义帕累托分布为潜在震级上限提供了一种自然的刻画。在此基础上,估计了震级上限,并给出了分布0.99997高分位数估计,通过与历史最大震级比较发现,高分位数估计相对稳健。在地震发生过程为泊松过程假设下,推导了广义帕累托分布与广义极值分布之间的联系,揭示了一种利用强震数据推断最大震级分布的可能途径。     

帕米尔前缘逆冲推覆系活动断层和活动褶皱作用

帕米尔构造结是印度板块向欧亚大陆碰撞的两个突出支点之一,是中国大陆受板块动力作用最强烈、强震频发的地区之一,也是揭示青藏高原形成与演化历史的关键地区之一。晚新生代帕米尔构造结北部向北楔入推移了约300km,形成了一陆内深俯冲带和地震带,但对这一变形过程及方式至今未能很好的限定。沿76°E附近横跨帕米尔—天山的最新GPS测量     

基于统计检验法研究Amurian板块相对独立性

Amurian 板块是Zonenshain等提出的提出的东北亚地区内部一个构造亚板块.Amurian板块自提出以来就一直受到地学界的广泛重视.它到底是欧亚大陆的一部分,还是独立于欧亚大陆之外的一个独立次级构造块体?这个问题一直是是东亚,乃至欧亚大陆构造动力学研究的核心问题之一.许多学者从地质和地球物理学两个角度研究了Amurian板块存在的可能性.但是复杂的构造特征和稀少且弥散的地震分布使得Amurian问题充满了争议.全球卫星定位系统(GPS)技术的不断进步使得在短时间获得高精度、大范围、准实时的地壳运动观测数据,并确定地壳运动速度场成为可能.本文利用东北亚地区最新GPS资料,从大地测量学角度对东北亚地区的地壳运动特征进行分析,基于统计检验方法重点研究Amurian板块相对欧亚大陆的独立性及其边界等问题.     

基于辛算法模拟探地雷达在复杂地电模型中的传播

近年来,探地雷达(GPR)凭借其快速、高效、无破损等特点,已经广泛应用于浅地层目标探测中.数值模拟是研究探地雷达电磁波在地下结构中传播规律的有效手段.辛算法是一种保持Hamilton系统总能量不变的时域数值计算方法.本文提出了基于一阶显式辛分块龙格库塔方法的探地雷达数值模拟方法.通过对比本文算法与时域有限差分方法计算结果可知,在同等计算精度下,本文算法可以节省25%的计算时间.并基于本文算法对两个复杂GPR模型进行正演模拟,得到模拟GPR探测wiggle图,这有助于更好的理解和分析实测雷达数据.     

扇形边界条件下的龙门山壳幔电性结构特征

沿甘肃碌曲-四川龙门山-重庆合川布设了长周期大地电磁剖面,对龙门山及邻区进行了壳幔电性结构探测,采用更直观合理的扇形边界条件下的反演算法对长周期大地电磁资料进行二维反演.该剖面电性结果揭示了自北西向南东岩石圈深部的若尔盖壳幔高阻块体、松潘壳幔低阻带、龙门山壳幔高阻块体和川中壳幔高阻块体电性结构特征;龙门山逆冲推覆构造带下方的龙门山壳幔高阻体显示为向北西延伸的楔形构造,推断龙门山及松潘-甘孜地块由于受青藏高原东缘和上扬子地块双向挤压,松潘-甘孜地块地壳物质向龙门山逆冲推覆,中下地壳至上地幔向下向南东俯冲,呈现上扬子地块西缘壳幔高阻楔形体插入青藏高原东缘的态势;初步认为上扬子地块西缘深部以松潘壳幔韧性剪切带作为中新生代以来的边界.     

地球自由核章动及核幔耦合的研究

由于地球自转导致的自由核章动(FCN)及内核自由章动(FICN)等地球简正模是地球内部动力学过程的重要表征,也是认识核幔边界和内外核边界的重要手段,其包含的物理信息可为目前地球深部的研究手段比较匮乏的情况下获得地球深内部结构及物理性质和研究核幔及内外核耦合提供非常重要的约束。本文围绕地球自由核章动利用全球地球动力学计划观测网提供的全球超导重力观测资料和国际VLBI服务组织提供的章动观测资料,采用不同方法研究了自由核章动的本征周期和品质因子等     

基于无人机遥感技术的潮间带高程测量方法

浙江省沿海地形地貌复杂,许多临海或近海岛屿滩涂无法采用传统方式测量潮间带的高程.为解决潮间带高程人工上滩测量困难问题,对利用无人机遥感技术结合潮位观测实现潮间带高程测量的方法进行了研究.首先,结合现有资料确定航摄区域和潮位基本信息;然后同步进行无人机航摄作业和潮位观测外业;最后,通过航摄获取的正射影像数据绘制高精度的水陆边线,对潮位观测数据插值,实现潮间带高程测量.研究结果表明:该方法能定量描述潮间带高程信息,是对传统潮间带高程测量方法的一种补充,已成功应用于2012年浙江省滩涂资源调查项目,具有操作简单、可行性强及经济效益高等特点.     

运用GVF Snake算法提取水域的不规则边界

GVF Snake是一种改进型主动轮廓提取算法。本文在详细介绍GVF Snake原理的基础上,重点对GVF Snake的内、外部约束力在边界提取中的作用以及初始边界对提取结果的影响进行了实验研究,提出了初始边界和内部约束力权值的合理设置方法,设计并实现了交互式GVF Snake算法,并用于提取遥感影像上水域的不规则边界。该算法采用种子点区域生长法自动给出水域的初始边界,采用人机交互法设置内部约束力权值,然后运用GVF Snake算法搜索水域的实际边界。实验表明：对于形状极不规则的水域,交互式GVF Snake算法也能方便、快速、准确地获取其边界。