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Surface Motion of Alluvial Valley in Layered Half-Space for Incident Plane P-Waves

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Transactions of Tianjin University 2011年第3期17卷 157-165页

作者：巴振宁梁建文 School of Civil Engineering Tianjin University Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety of Ministry of Education

The indirect boundary element method (IBEM) is used to study the surface motion of an alluvial valley in layered half-space for incident plane P-waves based on Wolf’s theory. Firstly, the free field response can be solved by the direct stiffness method, and the scattering wave response is calculated by Green’s functions of distributed loads acting on inclined lines in a layered half-space. The method is verified by comparing its results with literature and numerical analyses are performed by taking the amplification of incident plane P-waves by an alluvial valley in one soil layer resting on bedrock as an example. The results show that there exist distinct differences between the wave amplification by an alluvial valley embedded in layered half-space and that in homogeneous half-space and there is interaction between the valley and the soil layer. The amplitudes are relatively large when incident frequencies are close to the soil layer’s resonant frequencies.

关键词： layered half-space alluvial valley plane P-waves scattering one layer over bedrock indirect boundaryelement method

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移动荷载作用下TI饱和半空间动力响应分析

振动．测试与诊断 2020年第6期40卷 1112-1119,1231,1232页

作者：梁建文吴孟桃巴振宁天津大学土木工程系天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

列车运行产生的周围地基振动对列车运行安全以及周边环境振动有着重要的影响,其实质是移动荷载产生的应力波在地基中的传播问题。基于Biot流体饱和多孔介质模型,给出了移动荷载作用下横观各向同性(transversely isotropic,简称TI)饱和... 详细信息

列车运行产生的周围地基振动对列车运行安全以及周边环境振动有着重要的影响,其实质是移动荷载产生的应力波在地基中的传播问题。基于Biot流体饱和多孔介质模型,给出了移动荷载作用下横观各向同性(transversely isotropic,简称TI)饱和半空间动力响应的求解方法。首先,将Biot方程转换到频率-波数域中,通过坐标变换将方程解耦为平面内部分和出平面部分;其次,通过势函数方法求解平面内和平面外波动方程;最后,将移动荷载代入,其解可表示为对频率和单一波数的双重Fourier积分。与已有文献的结果进行了比较,验证了方法的正确性。开展了数值计算分析,讨论了荷载移动速度和TI介质参数等对半空间动力响应的影响,研究结论为列车荷载诱发复杂场地的振动控制技术提供了一定的理论依据。

关键词：移动荷载饱和多孔介质横观各向同性半空间动力响应

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深埋电极的地电阻率观测研究

地震学报 2010年第1期32卷 33-40页

作者：聂永安巴振宁聂瑶天津市地震局中国天津300201 天津大学中国天津300072

首先研究了四极观测系统装置系数与电极埋深的关系;然后给出了点电流源在3层地壳模型的地表和第二层时,电源所在层的电位的解析表达式;最后将天津宝坻地区的电性结构简化成一个3层模型,计算给出了当地表层和基岩中的电阻率出现变化时,... 详细信息

首先研究了四极观测系统装置系数与电极埋深的关系;然后给出了点电流源在3层地壳模型的地表和第二层时,电源所在层的电位的解析表达式;最后将天津宝坻地区的电性结构简化成一个3层模型,计算给出了当地表层和基岩中的电阻率出现变化时,在地表和基岩上层开展四极地电阻率观测结果与供电极距和深度的关系.

关键词：深埋电极装置系数电位视电阻率

频率波数域内地壳层半空间剪切位错源宽频地震波传播模拟

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岩石力学与工程学报 2022年第3期41卷 543-558页

作者：梁建文吴孟桃巴振宁天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学土木工程系天津300350

剪切位错源地震波传播模拟是近断层地震动研究的理论基础,然而现有确定性方法在高频地震动求解和跨尺度计算中存在一定的不足。提出一种剪切位错源宽频地震波多尺度传播模拟的频率-波数域方法,能有效解决从高波速地壳尺度(公里级)到低... 详细信息

剪切位错源地震波传播模拟是近断层地震动研究的理论基础,然而现有确定性方法在高频地震动求解和跨尺度计算中存在一定的不足。提出一种剪切位错源宽频地震波多尺度传播模拟的频率-波数域方法,能有效解决从高波速地壳尺度(公里级)到低波速岩土尺度(米级)成层半空间宽频(覆盖0.1~10 Hz的工程结构敏感频段)地震响应问题。利用Fourier-Hankel变换将柱坐标系下的三维波动方程由时间-空间域转换到频率-波数域内,并结合震源作用处的位移-应力间断条件,由修正刚度矩阵方法求得位错源引起的黏弹性层状半空间动力响应。首先与经典Haskell方法比较验证提出方法的正确性和精度,进而建立天津地区地壳结构中跨尺度场地模型,重点讨论震源频率和近地表软弱夹层对地震地面运动的影响。研究结果表明:(1)新方法在宽频地震动和含低波速细分土层的模拟中十分适用,能够清晰观测到位错源作用下地震波在层界面的反射、转换和透射等复杂传播过程及引起的地面运动特征;(2)软弱场地地面运动受震源频率影响明显,高频地震动作用使得地震辐射能量强度及范围增大,或将导致更为严重的地面破裂和结构破坏;(3)不同埋深和厚度的近地表软夹层对软弱场地地震反应均有重要影响,场地“滤波放大”和软夹层“隔震”的叠加使得地表响应变得十分复杂。

关键词：地震工程剪切位错地震动输入频率–波数域方法宽频地震动跨尺度模拟

层状横观各向同性地基上刚性条形基础动力刚度系数

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土木工程学报 2017年第9期50卷 67-81页

作者：巴振宁胡黎明梁建文天津大学土木工程系天津300072 天津大学滨海土木工程结构与新材料教育部重点实验室天津300072

采用间接边界元方法(IBEM)研究了层状横观各向同性(TI)地基上明置条形基础平面内动力刚度系数。首先,在波数域中求解TI介质动力平衡方程,建立了TI土层和TI半空间的精确动力刚度矩阵,并通过集整土层和半空间刚度矩阵,求得层状TI地基整体... 详细信息

采用间接边界元方法(IBEM)研究了层状横观各向同性(TI)地基上明置条形基础平面内动力刚度系数。首先,在波数域中求解TI介质动力平衡方程,建立了TI土层和TI半空间的精确动力刚度矩阵,并通过集整土层和半空间刚度矩阵,求得层状TI地基整体动力刚度矩阵。然后,采用刚度矩阵方法求得层状TI地基表面均布荷载动力格林函数。最后,由基础与地基表面的混合边界条件求得明置条形基础的平面内动力刚度系数。均布荷载动力格林函数的引入克服了传统边界元方法的奇异性问题,同时,精确动力刚度矩阵的引入使得方法不受土层厚度的限制。通过与已有结果比较验证了方法的正确性,并以均匀TI半空间地基、单一TI土层地基和多TI土层地基上明置基础为例进行了数值计算分析,探讨了TI参数、振动频率和土层对刚度系数的影响。研究表明,土体TI参数对刚度系数有着显著的影响,尤其是层状TI地基中刚度系数的峰值频率和峰值十分依赖于TI参数的变化;逆序地基与正常序列地基上基础刚度系数差异明显,逆序地基对应刚度系数随频率振荡剧烈且数值较大。

关键词：动力刚度系数横观各向同性层状地基条形基础间接边界元法

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层状半空间中洞室对平面SH波的放大作用

地震工程与工程振动 2012年第2期32卷 14-24页

作者：梁建文巴振宁天津大学土木工程系天津300072

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中洞室对入射平面SH波的放大作用问题,并以基岩上单一土层中洞室对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。本文模型的特点之一是考虑了层状场地的动力特性,因而更接近于实际工程;特点之... 详细信息

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中洞室对入射平面SH波的放大作用问题,并以基岩上单一土层中洞室对入射平面SH波的放大作用为例进行了数值计算分析。本文模型的特点之一是考虑了层状场地的动力特性,因而更接近于实际工程;特点之二是计算精度非常高。研究表明,层状半空间中洞室对波的放大作用与均匀半空间中情况有着本质的差别;层状半空间中洞室附近地表动力响应由土层动力特性和洞室对波的散射二者共同决定。土层动力特性不仅影响洞室附近地表位移的幅值,还会影响地表位移的频谱。在土层的前几阶共振频率附近,随着基岩与土层剪切波速比的增大,土层的影响随之增大,而随着土层厚度的增加,土层的影响随之减小,并逐渐趋于均匀半空间情况。

关键词：层状半空间洞室平面SH波放大作用基岩上单一土层散射

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排桩对柱面SH波散射问题研究:解析求解

吉林大学学报（地球科学版） 2021年第5期51卷 1306-1315页

作者：巴振宁刘博佳付继赛天津大学建筑工程学院天津300072 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学) 天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350 天津大学国际工程师学院天津300072

采用波函数展开法结合Graf加法定理,利用桩体与土体之间的位移和应力连续边界条件,给出了全空间单排桩对柱面SH波散射解析解,并采用傅里叶逆变换,求得时域结果。该方法考虑了入射波曲率的影响,在频域内分析了柱面SH波入射时排桩散射的... 详细信息

采用波函数展开法结合Graf加法定理,利用桩体与土体之间的位移和应力连续边界条件,给出了全空间单排桩对柱面SH波散射解析解,并采用傅里叶逆变换,求得时域结果。该方法考虑了入射波曲率的影响,在频域内分析了柱面SH波入射时排桩散射的频谱规律,给出了时域排桩柱面SH波散射位移云图,讨论了桩数与桩间距对柱面SH波入射时排桩散射的影响。研究表明:在振源距排桩较近(d/a=10)时,低频段(η=0~1.0)排桩对柱面SH波的隔离作用显著;振源距排桩较远时,各频段排桩对柱面SH波的隔离作用均较为显著。桩间距固定时,增加桩数,排桩后方首次出现的最大位移响应相应减小,排桩散射的影响范围随之增大;对柱面SH波进行阻隔时,为提高阻隔效率的同时节约成本,不仅需要考虑桩数,还应考虑波源与桩体、桩间空隙相对位置的影响;排桩分布宽度固定时,由于入射波曲率对排桩散射的影响,减小桩间距,排桩后方首次出现的最大位移响应有可能会出现放大的情况,故应采用合理的桩间距对柱面SH波进行阻隔。

关键词：柱面SH波波函数展开法排桩散射时域

坡体几何参数与弹性模量对岩质斜坡地震动力响应的影响：IBEM求解

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岩石力学与工程学报 2019年第8期38卷 1578-1592页

作者：巴振宁吴孟桃梁建文天津大学土木系天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

提出一种用于求解层状半空间中斜坡动力响应的间接边界元方法,研究坡体几何参数和弹性模量对岩质斜坡场地地震效应的影响规律。本方法通过在边界上施加斜线和水平线虚拟均布荷载来模拟斜坡地形产生的散射波场,避免了传统边界元方法中的... 详细信息

提出一种用于求解层状半空间中斜坡动力响应的间接边界元方法,研究坡体几何参数和弹性模量对岩质斜坡场地地震效应的影响规律。本方法通过在边界上施加斜线和水平线虚拟均布荷载来模拟斜坡地形产生的散射波场,避免了传统边界元方法中的奇异性问题,具有计算精度高、求解速度快的显著优点。文中对该方法的正确性和模型的收敛性进行验证与讨论,进而开展相应的数值计算分析。研究结果表明:(1)地震作用下岩质斜坡动力响应具有显著的高程放大效应,随着相对高程的增加,斜坡坡面加速度峰值(PGA)放大系数呈非线性增大,且水平向大于竖直向,算例中软质岩和硬质岩对应的最大水平加速度分别是其竖向的1.51和1.14倍;(2)坡体几何参数和弹性模量对岩质坡顶斜坡动力响应均有重要影响,随着坡角和坡高的增加,PGA放大系数表现为增大趋势,而随着弹性模量的增加,PGA放大系数表现为衰减趋势;(3)经比较发现,《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)给出的放大系数未考虑岩性的影响,同时也在一定程度上低估了地形效应;(4)根据不同输入地震波的分析结果,提出斜坡坡顶动力响应规律随几何参数和弹性模量变化的经验公式,方便了结果的定量描述;(5)通过分析斜坡坡顶的傅里叶谱特征(峰值、形状和卓越频率),得到了斜坡动力响应随几何参数和弹性模量变化的频谱规律,进而引入谱比曲线定量评估了不同坡角、坡高和弹性模量对应的斜坡坡顶地震动谱放大效应。

关键词：边坡工程斜坡场地地震响应间接边界元放大系数频谱特性

Rayleigh波斜入射下层状场地中凸起地形的三维响应分析

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中国科学：技术科学 2015年第8期45卷 874-888页

作者：巴振宁梁建文天津大学建工学院土木系天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

采用间接边界元法研究了层状场地中凸起地形对斜入射Rayleigh波的三维响应问题.该间接边界元方法结合层状半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数基本解,克服了传统边界元法中的奇异性问题,刚度矩阵运算的引入则避免了对土层交界面和自... 详细信息

采用间接边界元法研究了层状场地中凸起地形对斜入射Rayleigh波的三维响应问题.该间接边界元方法结合层状半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数基本解,克服了传统边界元法中的奇异性问题,刚度矩阵运算的引入则避免了对土层交界面和自由地表的离散,使得该方法具有很高计算精度的同时对复杂边界有着很好的适应性.通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中凸起地形为例,分别在频域和时域内进行了计算分析,研究了Rayleigh波的斜入射角度、入射频率、凸起的截面形状、凸起的高度、特别是Rayleigh波的频散和多模态特性对地面动力响应的影响.研究表明层状场地中由于Rayleigh波存在频散和多模态特性,使得凸起表面的动力放大效应与均匀场地情况存在明显的差别,层状场地高阶模态(二阶以上模态)凸起水平位移幅值放大谱与第一阶模态存在很大差异,呈现窄频放大,峰值频率处凸起顶部附近位移幅值非常大,且峰值频率与对应有效阻尼比峰值频率一致.

关键词：层状场地 Rayleigh波凸起地形三维动力响应动力格林函数波的频散多模态特性