国家自然科学基金(51278327)
- 作品数：23 被引量：115H指数：7
- 相关作者：刘中宪王冬梁建文刘蕾赵瑞斌更多>>
- 相关机构：天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室天津大学更多>>
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- 相关领域：建筑科学天文地球交通运输工程理学更多>>
- 楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射：IBEM求解被引量：3
- 2014年
- 采用间接边界元法(IBEM),求解了楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射问题.基于单层位势理论,首先在孔洞表面及其附近楔形空间表面上施加虚拟均布荷载,以构造散射波场.进而由自由表面零应力条件,建立方程求解得到虚拟荷载密度.总波场由楔形空间自由波场和散射波场叠加得到.研究表明:IBEM方法能够精确高效求解楔形空间中弹性波散射问题.楔形空间孔洞对波的散射特征依赖于波入射角、无量纲入射波频率、楔形夹角、孔洞位置及其形状;孔洞周围波的相干效应十分显著,空间表面位移幅值及孔边动应力集中因子比半空间情况放大一倍有余,分别达到8.5和10.0;该研究为楔形空间中更为复杂的P、SV波散射问题求解奠定了基础.
- 刘中宪刘蕾梁建文
- 关键词：散射孔洞平面SH波间接边界元法
- 基于快速多极子基本解方法(FMM-MFS)的弹性波二维散射模拟研究
- 2015年
- 针对弹性波二维散射问题,发展一种新的快速多极子基本解方法(FMM-MFS)。方法基于单层位势理论,通过在虚边界上设置膨胀波线源和剪切波线源以构造散射波场,从而避免了奇异性的处理和边界单元离散;结合快速多极子展开技术(FMM),大幅度降低了计算量和存储量,突破了传统方法难以处理大规模散射问题的瓶颈。以全空间孔洞对P、SV波的二维散射为例,给出了具体求解步骤,并在个人计算机上实现了上百万自由度问题的快速精确计算。在方法效率和精度检验基础上,分别以单孔洞和随机孔洞群对平面波(P、SV波)的散射为例进行计算模拟,揭示了孔洞(群)周围弹性波散射的若干重要规律。
- 刘中宪王冬梁建文
- 关键词：基本解方法弹性波散射
- 沉积盆地-山体耦合场地对平面P波、SV波和Rayleigh波的二维散射分析被引量：6
- 2016年
- 盆山耦合地形作为一种常见的复杂场地,其对地震动的复合影响目前尚未得到清晰认知。为此,引进一种高精度的有限元-间接边界积分方程耦合方法(FEM-IBIEM),探讨沉积盆地及其邻近山体对地震波(平面P波、SV波和Rayleigh波)的多次散射作用。数值结果表明:沉积盆地及其邻近山体存在显著的动力相互作用,整体位移响应特征依赖于山体、盆地的空间位置和几何特征,入射地震波的频率和角度等因素;整体上看,P波垂直入射下,较高山体的存在对沉积盆地内部位移具有明显的放大效应;SV波入射下,山体的影响相对较小,且盆地内部不同位置可能会表现出完全不同的放大或缩小特征;Rayleigh波从山体一侧入射时,山体对沉积盆地存在明显的"屏障"作用,而从盆地一侧入射时,在低频段山体反而会表现出放大作用;总体上看较高山体对沉积盆地的影响程度更为显著。鉴于山体的存在显著改变了沉积盆地的位移幅值和频谱特性,实际盆地的地震动确定需考虑邻近山体的影响。
- 刘中宪武凤娇王冬
- 关键词：盆山耦合地震波散射动力相互作用
- 含软夹层层状沉积谷地对P、SV和Rayleigh波的散射被引量：6
- 2015年
- 沉积河谷对地震动具有显著的放大效应,而软夹层的存在对其放大程度具有较大影响。采用一种高精度有限元-间接边界积分方程耦合方法,对P、SV和Rayleigh波入射下含软夹层层状沉积谷地地震响应进行计算分析。分析表明,软夹层的影响规律依赖于入射波的波型、频率和角度、软夹层的厚度和埋深等因素。整体上看,对于地表位移,较低频率地震波入射下,软夹层的放大效应比较明显,且较厚夹层在浅埋情况下的放大作用更为显著;对高频波入射则主要表现为减震效应。对于地表加速度,软夹层主要表现出降幅作用,降低幅度可达30%。另外,总体上软夹层对于P波的影响要大于对SV波的影响。
- 刘中宪黄磊
- 关键词：软弱夹层散射
- 出平面剪切线源作用下沉积盆地地震响应谱元法模拟被引量：2
- 2015年
- 由于盆地内外介质的阻抗差别及特殊的几何形状,盆地内部将出现显著的地震动放大效应.针对出平面线源作用下沉积盆地地震响应问题,利用谱元法研究了震源主频率、空间位置和沉积盆地形状等因素对沉积盆地地震响应的影响.数值分析表明:点源的频率和沉积形状对地表的响应影响较大;点源的不同位置对于边缘效应有一定影响.
- 韩建彬刘中宪罗兆辉
- 关键词：沉积盆地谱元法地震响应
- 弹性波二维散射快速多极子间接边界元法求解被引量：4
- 2015年
- 求解方程的稠密矩阵特征极大削弱了传统边界元法在求解大规模实际工程问题中的优势。为此,结合快速多极子展开技术,发展一种新的高精度快速间接边界元方法,用于求解大尺度或高频弹性波二维散射问题。以全空间孔洞周围SH波散射为例,给出了具体求解步骤。算例分析表明该方法具有很高的计算精度和求解效率,同时能够大幅度降低计算存储量,可在目前主流计算机上实现上百万自由度弹性波散射问题的快速求解。最后以半空间中凹陷场地对SH波的高频散射为例,讨论了凹陷周围高频波散射的基本特征,可为峡谷地形中大型工程抗震设计提供部分理论依据。
- 刘中宪唐河仓王冬
- 关键词：弹性波散射间接边界元法
- 盆山耦合场地对平面SH波的散射被引量：1
- 2015年
- 沉积盆地和山体对地震动的显著影响已被地震观测和理论证实,但两者的复合作用尚需予以定量分析。本文基于单层位势理论,在散射体表面施加虚拟荷载构造散射波场;然后由边界条件建立方程求解得到虚拟荷载密度,由散射波场和自由波场叠加得到总波场,并进行了详细的参数(入射频率、入射角度、山体高度等)分析。结果表明:在SH波水平入射情况下,山体主要表现为"屏障"作用,其后方盆地中位移幅值可降低30%左右;在垂直入射情况下,盆地内部地震响应反而会增大,如当η=0.5时,其放大程度超过50%;整体上看,随着山体高度增大,对盆地内部地震响应的影响增大。本文研究结论可为复杂地形条件下长大桥梁、高坝等大型工程结构抗震设计提供部分科学依据。
- 刘中宪马宁宁刘蕾
- 关键词：盆山耦合复杂场地条件地震波散射
- 含覆盖层峡谷地形对平面P、SV波的宽频散射模拟被引量：1
- 2016年
- 含覆盖层峡谷对地震波的高频散射规律尚不明确.本文采用间接边界元方法(IBEM)分析半空间中含覆盖层峡谷地形对地震波的二维宽频散射,对入射波型、入射角度和频率、覆盖层深宽比等因素对覆盖层地震响应规律的影响进行探讨分析.结果表明:IBEM可高效精确地对地震波的散射进行宽频模拟.对中低频段(无量纲频率η<5.0),含覆盖层峡谷地形对地震波的放大效应显著.对高频波段(η>10.0),覆盖层放大效应减弱甚至出现缩幅效应.随覆盖层深度增加,位移放大频段的带宽逐渐减小,第一峰值频率降低,且在低频段频谱曲线振荡剧烈.另外,覆盖层形状和入射角度对地震波聚焦特征也具有重要影响,不同波型入射下聚焦区域有很大差别.实际含覆盖层峡谷地形地震反应分析需精细考虑波型、入射波频率和角度、覆盖层深宽比等因素,以更科学地进行震害解释和地震安全性评价.
- 朱丽双刘中宪王冬
- 关键词：地震波
- 非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔离效应:二维宽频带间接边界积分方程法模拟被引量：23
- 2016年
- 采用一种高精度的间接边界积分方程法(IBIEM),对二维非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔振效果进行宽频带计算分析。该方法基于单层位势理论,通过在非连续屏障交界面附近引入虚拟波源,分别用以构造散射体内、外散射场,继而由边界条件建立方程并求解得到虚拟波源密度,外部的总波场可由散射场和自由场叠加而得到。精度检验表明,该方法能够精确高效地求解任意排桩的宽频隔振问题。进而以圆柱实心桩为例,通过定量化频谱分析,揭示了P、SV波入射时排桩对不同频段弹性波的隔振差别,探讨了不同波速比、桩间距、桩排数对隔振效果的影响规律,研究结果表明:(1)隔振效果存在最优无量纲频段,宜优化设计桩径和桩间距以达到最佳效果;(2)场地土愈软,隔振效果愈佳。相比P波,SV波对于桩间距更为敏感;(3)低频波宜采用多排桩,但对高频波,采用三排以上的桩屏障对隔振效果的提升则不再显著。
- 刘中宪王少杰
- 关键词：平面波
- 不同地层波速模型对沉积谷地地震响应规律的影响:FEM–IBIEM模拟研究被引量：8
- 2014年
- 准确的地层波速模型是场地反应分析的关键,而实际地层波速测定存在很大的不确定性。计算中通常采用简化的均质和分层模型,或者根据钻孔数据将波速沿深度进行线性、二次或指数拟合。这些不同波速模型对沉积谷地地震响应的影响规律究竟如何目前尚未得以厘清。为此尝试采用有限元—间接边界积分方程耦合方法,通过频时域定量计算,从波动学角度揭示不同波速模型沉积谷地地震响应的差别及其本质所在。数值计算结果表明:低频波入射时(??0.3),常用的几种波速模型对地表位移反应影响不大。但随着频率增大,不同波速模型对计算结果的影响不能忽略。着重考察了线性模型和均质模型之间的反应差别:发现线性模型情况下高频共振和盆地边缘效应更为显著,由此导致地震能量主要积聚在近地表土层,并使得沉积内部地表位移幅值显著放大,地震动持时明显增长。另外,沉积谷地形状和入射角度对地震波聚焦特征也具有重要影响,不同波型入射下聚焦区域有很大差别。实际沉积谷地地震动场精确模拟需获取较为精细的地层波速结构和边界几何特征。
- 刘中宪王冬
- 关键词：地震响应耦合法
