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层土动力green函数数值计算中若干问题的探讨

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地震工程与工程振动 1999年第4期19卷 27-32页

作者：陈清军赵云峰楼梦麟同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

动力Ｇｒｅｅｎ函数数值计算技术是动力边界元法得以实施的关键技术之一。本文首先对两类层状介质动力Ｇｒｅｅｎ函数的频域解进行了比较。在此基础上，文中着重探讨了在土一结构相互作用问题中应用显式动力Ｇｒｅｅｎ函数时的著于数值... 详细信息

动力Ｇｒｅｅｎ函数数值计算技术是动力边界元法得以实施的关键技术之一。本文首先对两类层状介质动力Ｇｒｅｅｎ函数的频域解进行了比较。在此基础上，文中着重探讨了在土一结构相互作用问题中应用显式动力Ｇｒｅｅｎ函数时的著于数值计算问题，包括土层的子层离散和波数的计算以及半空间的模拟等。最后给出了这一动力Ｇｒｅｅｎ函数在处理层状半无限空间问题时的合理方法。

关键词：动力green函数数值计算频域解层土动力地基

海水-TI饱和海床动力green函数及海上桩承风机地震响应研究

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海水-TI饱和海床动力Green函数及海上桩承风机地震响应研究

作者：赵仓龙太原理工大学

学位级别：硕士

动力green函数是求解地震、波浪、交通荷载等动荷载作用下土体动力响应以及土-结构动力相互作用问题的基本解,也是采用边界元法进行数值计算的基础。近年来,海上风力发电、海上石油及可燃冰开采等海洋工程蓬勃发展,开展海洋环境下动力Gr... 详细信息

动力green函数是求解地震、波浪、交通荷载等动荷载作用下土体动力响应以及土-结构动力相互作用问题的基本解,也是采用边界元法进行数值计算的基础。近年来,海上风力发电、海上石油及可燃冰开采等海洋工程蓬勃发展,开展海洋环境下动力green函数研究对求解土-海洋结构动力相互作用问题具有重要的理论价值。考虑到海床土在水平和竖直方向往往表现出各向异性的物理力学性质,将其视为横观各向同性饱和介质更符合实际地层情况。此外,近海风电场大多处于环太平洋地震多发区域,易遭受断层引发的强烈地震脉冲作用,为确保海上风机服役期间的安全性,有必要开展海水-海床-结构耦合效应下桩承风机系统的时域地震响应研究。基于以上背景,本文先从解析角度对海洋环境下海水-海床耦合模型的动力green函数以及水中点源脉冲问题进行了理论研究,接着利用FLAC有限差分软件,对横观各向同性海床土中桩承风机地震响应特征进行数值分析。主要研究内容如下:(1)基于Biot波动理论及可压缩流体控制方程,将海床土视为有限厚的横观各向同性饱和多孔介质,建立了柱坐标系下海水-海床土竖向耦合振动理论模型;通过直接解耦,求得了土骨架位移-孔压形式(u-p)的波动方程,利用Hankel积分变换,结合海水自由表面、基岩表面处边界条件以及海床面连续性条件,求得了表面圆盘荷载、环形荷载以及点荷载作用下海水-海床耦合模型的稳态动力响应,讨论了海床土各向异性程度、频率、基岩埋置深度、海水深度、渗透系数及孔隙率等因素对动力green函数的影响。(2)针对有限深海水、半空间海水和全空间海水三类情况,运用Fourier和Hankel积分变换求解点声源激发下海水波动方程,求得了Ricker小波脉冲作用下海水在变换域内的动水压力和竖向位移解答,借助留数定理求解逆变换奇异型积分,获得了海水在点源脉冲作用下的时域动力响应;此外,考虑水底柔性介质阻尼效应对入射波的吸收作用,进一步推导了水底柔性反射边界下点源脉冲的时域动力green函数,分析了海水深度、声源位置、底部边界阻尼等因素下海水动力响应和声波传播特性。(3)利用FLAC有限差分软件,建立了地震波作用下横观各向同性饱和海床土中高承台斜群桩支承风机系统的数值分析模型,其中利用桩单元模拟群桩基础,梁单元模拟风机叶片,塔筒、机舱和轮毂分别采用变截面薄壁圆筒形、长方体形和半球形壳单元模拟,采用附加质量法计算地震引起的动水压力,在海床土底部沿水平方向施加基线校正后的实测Kobe地震波加速度时程,同时设置自由场边界减少波的反射干扰,研究了海床土各向异性程度、斜桩倾斜角度、桩径以及近断层脉冲效应等因素对海上风机地震响应的影响。

关键词：动力green函数饱和海床横观各向同性点声源近海风机地震响应

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饱和地基上列车运行引起的地面振动特性分析

振动工程学报 2010年第2期23卷 179-187页

作者：高广运何俊锋李志毅赵元一同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中冶集团建筑研究总院北京100088

从饱和土Biot波动方程出发,基于二次形函数薄层法,将圆柱坐标系下饱和土的Biot轴对称波动方程在竖向进行离散,沿切向及轴向坐标分别进行Fourier级数分解和Hankel变换,得到饱和地基频域-波数域中的位移基本解,再利用Hankel逆变换和Fourie... 详细信息

从饱和土Biot波动方程出发,基于二次形函数薄层法,将圆柱坐标系下饱和土的Biot轴对称波动方程在竖向进行离散,沿切向及轴向坐标分别进行Fourier级数分解和Hankel变换,得到饱和地基频域-波数域中的位移基本解,再利用Hankel逆变换和Fourier综合,求得频域柱坐标系下的位移表达。结合移动列车-轨道-地基的振动模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,讨论了动力渗透系数、孔隙率和动力流体粘滞系数等参数对地面振动传播与衰减的影响规律,并与弹性地基的振动衰减进行了比较。结果表明:在不同列车运行速度下,饱和地基和弹性地基的竖向位移振动响应差异较大;饱和土体的动力渗透系数、孔隙率和孔隙流体动力粘滞系数是影响地面振动的主要参数。

关键词：饱和土地面振动列车-轨道-地基振动模型动力green函数薄层法

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层状饱和地基上刚性条形基础的动力刚度

岩土工程学报 2007年第3期29卷 442-446页

作者：尤红兵赵凤新梁建文中国地震局地球物理研究所北京100081 天津大学土木工程系天津300072

利用饱和土层的精确动力刚度矩阵求解了动力green函数,将基础和场地交界面离散,根据交界面上的位移边界条件得到层状饱和场地上刚性条形基础的动力刚度。对工程中常用的四种场地(饱和均匀半空间、基岩上单一饱和土层、饱和半空间上单一... 详细信息

利用饱和土层的精确动力刚度矩阵求解了动力green函数,将基础和场地交界面离散,根据交界面上的位移边界条件得到层状饱和场地上刚性条形基础的动力刚度。对工程中常用的四种场地(饱和均匀半空间、基岩上单一饱和土层、饱和半空间上单一饱和土层、层状饱和场地)上刚性条形基础的动力刚度进行了对比和分析。研究表明:层状场地结果与其他场地结果有着明显的不同;当上覆土层较厚时,其他三种模型结果基本一致。本文方法可进一步推广到层状饱和场地中任意埋置基础动力刚度的计算中。

关键词：饱和场地动力green函数刚性条形基础动力刚度

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圆形基础的动力刚度系数

圆形基础的动力刚度系数

作者：王岱天津大学

学位级别：硕士

研究圆形基础的动力刚度系数,在理论和实际工程中具有十分重要的意义。通过引入势函数,求得平衡方程通解,进而建立土层和半空间的精确对称动力刚度矩阵。矩阵中各参数均有明确的物理意义,计算精度不受土层分层厚度的影响,非常便于工程... 详细信息

研究圆形基础的动力刚度系数,在理论和实际工程中具有十分重要的意义。通过引入势函数,求得平衡方程通解,进而建立土层和半空间的精确对称动力刚度矩阵。矩阵中各参数均有明确的物理意义,计算精度不受土层分层厚度的影响,非常便于工程应用。利用层状场地的动力刚度矩阵,给出了分布荷载作用于圆环时的动力green函数,而后利用动力green函数求解圆形基础的动力刚度系数。对半空间场地、半空间上的均质土层场地、刚度增长场地及软弱夹层场地条件下圆形基础的动力刚度系数进行了计算与研究。给出了不同阻尼比、土层刚度及泊松比条件下圆形基础的动力刚度系数,即弹簧系数和阻尼系数,并分析了阻尼比、土层刚度及泊松比对圆形基础动力刚度系数的影响。

关键词：半空间层状土圆形基础动力刚度矩阵动力green函数动力刚度系数

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层状饱和半空间中洞室群对弹性波的散射

层状饱和半空间中洞室群对弹性波的散射

作者：寇利军天津大学

学位级别：硕士

研究层状饱和半空间中地下洞室群对地面运动的影响,在理论和实际工程中有着重要的意义。梁建文、尤红兵采用Biot基本模型,引入势函数,求得方程的通解,进而建立了饱和土的精确动力刚度矩阵并给出了层状饱和土分布荷载和孔隙水压作用于与... 详细信息

研究层状饱和半空间中地下洞室群对地面运动的影响,在理论和实际工程中有着重要的意义。梁建文、尤红兵采用Biot基本模型,引入势函数,求得方程的通解,进而建立了饱和土的精确动力刚度矩阵并给出了层状饱和土分布荷载和孔隙水压作用于与水平方向有夹角的倾斜直线的动力green函数。解决了利用间接边界元法计算层状饱和场地中局部地形对弹性波的散射以及土-结构动力相互作用中的关键问题。如何利用该理论求解层状饱和半空间中洞室群对入射平面弹性波的散射将是本课题所要解决的问题。利用间接边界元法分析了层状饱和半空间中洞室群对入射平面P的散射,分析了孔隙率,边界渗透条件、洞室之间的距离等参数对散射的重要影响。研究表明:平面P波入射时,干土场地的水平位移幅值相对较大,饱和土的竖向位移幅值相对较大。孔隙率较小时,透水条件的影响很小,孔隙率较大时透水条件的影响不可忽略。总体上,不透水条件下的结果大于透水条件下的相应应结果。洞室距离较近,频率较低时,洞室群之间的相互作用明显,随着频率的增加和距离的增大,这种相互作用逐渐减小。利用间接边界元法分析了层状饱和半空间中洞室群对入射平面SV的散射,分析了孔隙率,边界渗透条件、洞室之间的距离等参数对散射的重要影响。与入射平面P波不同的是,SV波入射存在临界角,在临界角附近,透水条件和孔隙率均有较大的影响,一般干土场地的竖向位移幅值较大,饱和场地的水平位移较大。洞室之间距离对SV散射的影响同P波一致。

关键词：层状饱和土弹性波间接边界元法动力green函数散射