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海域地震动模拟关键技术研究

海域地震动模拟关键技术研究

作者：郑永路中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

我国海域地震频发,沿海城市建筑群、岛礁、海洋工程结构抗震防灾形势严峻。已有研究表明:相比陆域,海域地震动的中长周期成分更为丰富,将陆域研究结果直接应用于沿海或海洋长周期重大工程结构抗震设防及危险性分析可能会低估地震危险。... 详细信息

我国海域地震频发,沿海城市建筑群、岛礁、海洋工程结构抗震防灾形势严峻。已有研究表明:相比陆域,海域地震动的中长周期成分更为丰富,将陆域研究结果直接应用于沿海或海洋长周期重大工程结构抗震设防及危险性分析可能会低估地震危险。然而由于我国大型海底地震观测网的铺设工作刚起步,近海域以及海底地震记录严重缺失,因此,有必要构建合理的数值模拟方法以获取模拟记录。海域地震动模拟需考虑海水层、海底沉积层和远薄于陆域地壳的海洋地壳等因素的影响。另外,海洋地质勘探结果表明相比陆域,海域地壳介质各向异性发育显著。但截至目前,尚无一套完整的可计入介质各向异性、滞弹性阻尼、流固耦合效应的海域地震动模拟方案。本文工作围绕这一问题展开,通过深入研究介质滞弹性、各向异性、流固耦合以及对应高精度人工边界条件等关键技术在谱元波动数值模拟中的实现,建立了一套可应用于实际复杂海域环境的地震动谱元模拟方案。具体研究工作如下:(1)介质滞弹性时域本构优化逼近:利用广义标准线性体可在任意有限宽频带范围实现介质滞弹性时域本构逼近这一特性,详细分析了逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限具体取值无关,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性。在此基础上,综合考虑波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,针对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表。进一步提出采用不同个数标准线性体以近似Q值显著不同的分层阻尼介质时域本构,解决以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题。(2)高精度人工边界条件的构建及稳定实现:针对单轴完美匹配层这一无限域高精度人工边界条件,提出采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用谱元离散的弱形式时域完美匹配层,规避了以往完美匹配层场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下的问题。建立了与无限域场方程为理想流体-滞弹性固体介质耦合波动方程相匹配的完美匹配层。针对考虑介质滞弹性阻尼的完美匹配层内存在多重极点有理分式的复杂时域表达而导致的失稳问题,提出一种普适、简便的计算方法,极大降低了计算量。在此基础上,给出了数值稳定的完美匹配层谱元离散方案。(3)多轴近似完美匹配层及海域地震动谱元模拟方案的构建:将弱形式单轴完美匹配层的构建方法推广至建立弱形式时域多轴近似完美匹配层。克服了已有多轴近似完美匹配层难以用于层状各向异性介质无限域模拟的问题,同时降低了计算存储并提升了计算效率。在此基础上,结合(1)、(2)研究成果,建立了一套实际复杂海域地震动谱元模拟方案。

关键词：滞弹性标准线性体地震波动数值模拟完美匹配层流固耦合各向异性

弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟

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地球物理学报 2019年第8期62卷 3140-3154页

作者：谢志南郑永路章旭斌唐丽华中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 新疆维吾尔自治区地震局乌鲁木齐830011

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直... 详细信息

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML,规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次,针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题,利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点,明确给出了参数微调准则以规避多重极点,进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法,极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后,将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元(高精度集中质量有限元)结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟,提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性.

关键词：滞弹性广义标准线性体完美匹配层勒让德谱元波动模拟

流-固耦合波动模拟及Scholte波特性研究

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自然灾害学报 2019年第3期28卷 104-111页

作者：马新生郑永路谢志南中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

基于流-固耦合波动勒让德谱元模拟方案,通过数值算例研究了流-固界面上方震源作用下Scholte波的形成机理和特性。数值结果表明,当流体中P波波速大于固体S波速时,沿流-固界面法线方向,Scholte波的幅值在流体中的衰减速率大于固体,反之则... 详细信息

基于流-固耦合波动勒让德谱元模拟方案,通过数值算例研究了流-固界面上方震源作用下Scholte波的形成机理和特性。数值结果表明,当流体中P波波速大于固体S波速时,沿流-固界面法线方向,Scholte波的幅值在流体中的衰减速率大于固体,反之则小于固体。在此基础上,初步讨论了流体震源到流-固界面的距离与Scholte波波长比值这一参数对Scholte波幅值的影响,Scholte波幅值随该比值增加呈指数衰减,对该比值大于1.5的情形,流体震源激发的Scholte波基本可以忽略不计。上述结果对深入分析海底地震动震相具有一定意义。

关键词：流-固耦合谱元 Scholte波幅值衰减

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水资源配置方案多层次可变模糊决策

水力发电 2013年第11期39卷 11-15页

作者：万新宇郑永路河海大学水文水资源学院江苏南京210098

复杂水资源系统配置方案的多分区、多准则及多指标的层次结构,给决策者决策造成不少困难。为了适应这种结构特征,在可变模糊优化理论的基础上,提出水资源系统多层次可变模糊优化模型。模型层次结构清晰,求解过程简便,计算结果合理。研... 详细信息

复杂水资源系统配置方案的多分区、多准则及多指标的层次结构,给决策者决策造成不少困难。为了适应这种结构特征,在可变模糊优化理论的基础上,提出水资源系统多层次可变模糊优化模型。模型层次结构清晰,求解过程简便,计算结果合理。研究实例表明,该模型能够从整体和部分两个层面帮助决策者了解配置方案的优劣。与最大熵模型相比,该模型计算结果更为可信。

关键词：关键词水资源配置多分区多准则多指标多层次可变模糊优化

某两层钢筋混凝土框架结构厂房温度作用计算分析

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建筑结构 2023年第S1期53卷 221-224页

作者：郑永路周青杨会杰中国航空规划设计研究总院有限公司北京100120

考虑到设缝结构给建筑节点做法带来的诸多问题,越来越多的建筑结构不设置伸缩缝,采用超长结构。超长结构计算时应考虑温度作用对结构的不利影响。基于弹性有限元模型,采用简化的弹性分析方法考虑混凝土徐变,即徐变应力折减系数法,同时... 详细信息

考虑到设缝结构给建筑节点做法带来的诸多问题,越来越多的建筑结构不设置伸缩缝,采用超长结构。超长结构计算时应考虑温度作用对结构的不利影响。基于弹性有限元模型,采用简化的弹性分析方法考虑混凝土徐变,即徐变应力折减系数法,同时温度作用中计入了混凝土收缩当量温差,在此基础上,分析了超长钢筋混凝土框架结构在温度作用下的内力及变形特点,并与设缝结构进行对比,给出了超长结构配筋特点及加强措施。

关键词：钢筋混凝土框架结构温度作用超长结构徐变折减系数

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淮河流域主汛期极端降水时空特征变异分析

南水北调与水利科技 2012年第5期10卷 13-17,31页

作者：郑永路钟平安万新宇杨明明河海大学水文水资源学院南京210098 河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心南京210098

以淮河水系16个片区1953年-2007年逐月降水资料为基础,选取超门限峰值序列(POT),引进广义帕雷托分布(GPD),借助L-矩估计方法,分析淮河水系主汛期年极端降雨事件的空间变化。并以淮河干流左右岸的代表性支流为研究对象,通过统计极端降水... 详细信息

以淮河水系16个片区1953年-2007年逐月降水资料为基础,选取超门限峰值序列(POT),引进广义帕雷托分布(GPD),借助L-矩估计方法,分析淮河水系主汛期年极端降雨事件的空间变化。并以淮河干流左右岸的代表性支流为研究对象,通过统计极端降水的频次和强度,结合帕雷托参数的空间变化,分析了淮河汛期极端降水的演变规律。研究发现:①不同门限值下的逐月降水量所拟合的降水极值概率分布符合广义帕雷托分布;②淮河的极端降水频次和强度右岸普遍大于左岸,与帕雷托分布形状参数和尺度参数空间分布一致性较好;③不同量级的极端降水的时空变化规律有较大差别。研究结论对淮河流域的洪涝灾害的预警和防治有一定的参考价值。

关键词：淮河汛期极端降水量广义帕雷托分布时空变化

新发展阶段中水利投融资体制机制创新的方向和重点

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新发展阶段中水利投融资体制机制创新的方向和重点

作者：郑永路李婕中水北方勘测设计研究有限责任公司

1研究背景当前,我国正在加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。围绕着加快形成"双循环"新发展格局,国家一方面从需求端入手,扩大有效投资和促进消费,积极出台一系列消费激励方案;另一方面从供给侧发力,深...

1研究背景当前,我国正在加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。围绕着加快形成"双循环"新发展格局,国家一方面从需求端入手,扩大有效投资和促进消费,积极出台一系列消费激励方案;另一方面从供给侧发力,深化供给侧结构性改革,通过制度创新解决我国经济循环中的问题和体制机制障碍,提高经济供给质量。水利作为国民经济和社会发展的重要基础设施,具有覆盖范围大、产业链条长、带动能力强等优势,能有效拉动相关产业发展,促进就业和农民增收,对经济拉动作用明显。

关键词：

来源： cnki会议评论

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锅炉受热面“四管”漏泄分析及预防治理

华电技术 2014年第1期36卷 54-57,79页

作者：郑永路敖翔辽宁华电铁岭发电有限公司辽宁铁岭112000

根据辽宁华电铁岭发电有限公司HG-1021/18.2-YM4型、HG-1795/26.15-YM1型锅炉"四管"漏泄的情况,分析了造成"四管"漏泄的各种因素及受热面健康状况的发展趋势,给出了预防"四管"漏泄的具体措施。

关键词：锅炉受热面 “四管”漏泄预防措施

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离散网格中相速度、群速度概念的注记

建筑结构 2018年第S2期48卷 332-335页

作者：马新生郑永路马完君中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080

针对离散网格波动的频散分析结果表明:离散网格中波的传播规律与连续模型中波的传播规律存在显著差异。数值离散将额外引入波传播的频散及耗散误差,其中频散误差可基于离散网格中波传播的相速度以及群速度加以描述。群速度亦是描述离散... 详细信息

针对离散网格波动的频散分析结果表明:离散网格中波的传播规律与连续模型中波的传播规律存在显著差异。数值离散将额外引入波传播的频散及耗散误差,其中频散误差可基于离散网格中波传播的相速度以及群速度加以描述。群速度亦是描述离散网格中能量传播的重要概念,且被广泛应用于离散模型数值稳定性分析。基于一维双向波动模型进一步阐明离散网格中波传播的相速度及群速度概念。除证实离散模型中波包和波前的传播速度由群速度描述这一常规认识外,明确指出单频简谐波在离散网格中是以相速度传播这一概念。因此,不能未加区别地认为离散网格中波传播速度均由群速度给出。研究结果对进一步分析离散网格中的波传播规律及误差分析具有参考价值。

关键词：离散网格波动相速度群速度