高山峡谷与盆山耦合场地对弹性波的散射

作     者：喻志颖 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巴振宁;王莹

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：高山峡谷 盆山耦合 间接边界元法 格林函数 分区契合 

摘      要：不规则地形对地震波的散射问题一直以来是地震学领域的热点研究课题。在已有的相关研究中,对局部地形的分析主要还是集中在单一地形方面,对于复杂的耦合地形缺少深入细致的研究。然而,近些年来很多重大交通工程、大型通讯设备以及超高拱坝等建筑规划于地形条件复杂的高山峡谷和盆山耦合地区,其抗震设防亟需精细可靠的地震动分析,因此研究复合地形对地震波的散射问题具有重大的理论指导意义与工程实用价值。本文采用间接边界元法对复杂地形地震效应进行了探究,主要工作如下:1、二维高山峡谷地形对弹性波的散射。基于层状半空间精确动力刚度矩阵,并结合直接刚度法推导出层状半空间水平格林函数,与层状半空间斜线格林函数和全空间格林函数共同构成间接边界元法的基本解。通过合理的分域模式,充分发挥半空间格林函数和全空间格林函数构造散射波场的优势,提高了计算效率。通过将地形退化的计算结果与已有结果进行比较验证了方法的正确性,并在频域和时域内研究了均匀半空间和基岩上单一岩土体中高山峡谷地形对平面P波和SV波的散射效应。2、三维盆山耦合地形对弹性波的散射。在不规则散射体附近引入一个虚拟的半椭球面,将三维盆山耦合模型分解为山体和沉积闭合域、附加闭合域和半椭球开口半空间域。闭合域内散射场由全空间格林函数计算,开口域内散射场由半空间格林函数结合轮换对称性计算,显著提高计算效率。通过将地形退化的计算结果与已有结果进行比较验证了方法的正确性,并在频域内研究了均匀半空间和基岩上单一岩土体中三维盆山耦合地形对平面P波、SV波和SH波的散射效应。研究表明,高山峡谷和盆山耦合地形周围山体高度的改变将对场地附近的位移幅值空间分布产生显著的影响;山体对倾斜入射的地震波具有遮挡作用,且山体越高,遮挡效果越明显,高山情况下峡谷或盆地的位移幅值峰值仅为矮山情况相应位移峰值的60%0%;基岩的存在将显著改变场地各部分间的动力相互作用机制,使得场地对弹性波的散射效应发生明显改变。