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基于粘弹性边界的地震波斜入射方法研究

基于粘弹性边界的地震波斜入射方法研究

地震波三维斜入射作用下隧道对场地地表地震动的影响

第四届全国水工抗震防灾学术交流会

作者：陈立张燎军河海大学水利水电学院

地震动输入的形式的选取是计算水工建筑物地震反应的重要问题。本文在前人工作的基础上,采用工程波动理论,总结推导出基于粘弹性边界的二维P波和SV波的等效荷载公式,进而施加在人工边界上,实现地震波的斜输入。通过斜输入算例表明,本文... 详细信息

地震动输入的形式的选取是计算水工建筑物地震反应的重要问题。本文在前人工作的基础上,采用工程波动理论,总结推导出基于粘弹性边界的二维P波和SV波的等效荷载公式,进而施加在人工边界上,实现地震波的斜输入。通过斜输入算例表明,本文的粘弹性边界地震波斜输入方法很好反映P波和SV波的斜入射情况,具有较高的精度,能够有效应用于地震斜输入过程中结构与地基的相互作用的计算中。

关键词：水工结构地震波斜入射粘弹性边界时域地震反应

来源： cnki会议评论

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土木工程学报 2020年第S01期53卷 318-324页

作者：朱俊李小军梁建文张斌北京工业大学北京100124 天津大学天津300354

利用2.5维有限元-边界元耦合方法,以饱和土场地中圆形隧道为例研究了地下隧道对场地地表地震动加速度的放大效应,主要讨论了地震波入射角的影响。假定地震波在基岩面三维斜入射,用水平入射角θh和竖向入射角θv两个角度来表示地震波的... 详细信息

利用2.5维有限元-边界元耦合方法,以饱和土场地中圆形隧道为例研究了地下隧道对场地地表地震动加速度的放大效应,主要讨论了地震波入射角的影响。假定地震波在基岩面三维斜入射,用水平入射角θh和竖向入射角θv两个角度来表示地震波的入射方向。研究表明,地震波斜入射时的场地地表地震动加速度放大系数显著大于地震波垂直入射情况,且地震波入射角对场地地表加速度反应谱的幅值、形状以及卓越频率也均有一定程度的影响,尤其对竖向加速度反应谱卓越周期的影响显著。此外,针对本文算例,θh30°时,场地地表地震动竖向加速度与水平加速度的比值大于规范推荐的0.65,且此时竖向加速度反应谱的幅值可能会大于水平加速度反应谱的幅值。

关键词：地震地面运动放大效应地下隧道地震波斜入射 2.5维有限元-边界元耦合方法

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斜入射条件下裂隙岩质高边坡的地震响应研究

斜入射条件下裂隙岩质高边坡的地震响应研究

作者：晏鹏大连交通大学

学位级别：硕士

开发中西部地区是重要的国家发展战略。大规模中西部基建工程中,越来越多的岩质高边坡工程问题亟待解决。本文选择岩质高边坡的地震响应为研究课题,选取云南昭通市的矿山边坡为研究对象,在广泛查阅国内外相关文献资料的基础上,使用数值... 详细信息

开发中西部地区是重要的国家发展战略。大规模中西部基建工程中,越来越多的岩质高边坡工程问题亟待解决。本文选择岩质高边坡的地震响应为研究课题,选取云南昭通市的矿山边坡为研究对象,在广泛查阅国内外相关文献资料的基础上,使用数值计算分析方法,对目标边坡在静力、基本设防烈度、不同强度地震动、不同裂隙分布工况以及地震斜入射输入等条件下的边坡地震响应,进行了大量的计算分析研究,主要得到以下结论:(1)在静力作用下,目标边坡的岩体中的水平应力、竖向应力、最大主应力出现应力集中,边坡处于基本稳定状态。通过削坡处理后,边坡岩体内力分布趋向于缓和,增强了目标边坡的稳定性。(2)在相当于基本设防烈度的强度的水平地震作用下,目标边坡能够维持基本稳定,坡体岩体的地震响应随输入地震动强度的增加而增大,和输入地震波的特性也相关联。(3)裂隙岩体对于边坡水平加速度地震响应的增强,比完整岩体更强烈。含有软弱土的裂隙对于坡面部地震响应有一定强化作用。水平地震动作用下,坡脚和坡顶近坡面处的地震响应较大。坡顶部位、坡体内部的岩体水平加速度地震响应受裂隙分布影响有差异。裂隙分布特性对坡面附近的岩体最大主应力地震响应的影响不大。在坡体内,裂隙周边一定范围内岩体的地震响应得到一定程度的加强。(4)地震动斜入射条件下,水平地震动响应在坡脚部位会受到边坡内裂隙分布的影响而出现地震响应减小(短裂隙分布、中长裂隙分布)、增大(多裂隙分布、长裂隙分布)的情况;在坡顶近坡面处,斜入射对于水平加速度地震响应的影响小于水平入射。在两种输入条件下,最大主应力地震响应总体差异较小,对于个别裂隙分布工况,需进行具体分析。坡顶部和坡体内的地震响应,受裂隙分布影响较大。根据灾害调查和计算分析结果可知,应根据各工程具体情况,进行单独的计算分析。本文的研究成果,对于岩质高边坡地震响应研究具有一定借鉴意义,为工程实践和相关研究提供参考,具有较好的研究意义和工程价值。

关键词：岩质高边坡地震响应裂隙分布地震波斜入射

主余震序列斜输入作用下水电站厂房非线性地震响应研究

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主余震序列斜输入作用下水电站厂房非线性地震响应研究

作者：庞鑫宇西安理工大学

学位级别：硕士

我国大部分水电资源集中在西南地区,而西南地区处在活跃地震带,强震及之后的余震频繁出现。水工建筑物中的水电站厂房,是技术人员工作,水利设备运行的主要场所,其抗震安全需要着重考虑。在地震发生后的一段时间内,常常伴随着很高频次的... 详细信息

我国大部分水电资源集中在西南地区,而西南地区处在活跃地震带,强震及之后的余震频繁出现。水工建筑物中的水电站厂房,是技术人员工作,水利设备运行的主要场所,其抗震安全需要着重考虑。在地震发生后的一段时间内,常常伴随着很高频次的余震,在主震对结构进行损伤破坏之后,短时间内无法进行除险加固可能会再次遭遇余震,这会使得本就受主震损坏的水工建筑物,在余震的作用下进一步加深损伤破坏,尤其是某些对水工结构破坏起关键作用的因素,会大大增强建筑物的损坏程度。但现行的水工抗震研究只考虑单一主震作用下水电站厂房的响应,在强震地区水电站厂房受到主余震联合作用的响应是亟待解决的重要问题。本文通过真实主余震序列的筛选和人工主余震序列的构造,将主余震序列输入与地震波斜输入的方法结合起来研究了三维水电站厂房在远场和近断层SV波和P波斜入射激励下的结构响应规律。主要工作内容和结论包括:(1)主要研究了主余震序列的选取和构造方法以及地震波斜入射的方法,合理的选取了真实主余震序列和构造了人工主余震序列,并且通过推导地震波斜入射的输入方法,将主余震序列和黏弹性边界地震波斜输入方法结合起来,达到输入到厂房模型的地基边界的目的。(2)从太平洋地震中心(PEER)NGA-WEST、日本防灾科学研究所(NIED)K-NET和KIK-NET等强震记录数据库选取了远场主余震序列,构建了水电站厂房的三维模型,通过计算得出远场主余震序列对厂房结构的响应。从计算结果可以看出,在相同入射角下,主余震序列的联合作用比单一主震的作用对结构的损伤更明显,其中PGAMSPGAAS的情况相比,损伤开裂范围更大,余震造成的损伤增量更大。主余震序列作用下的厂房损伤随着入射角的增大而减小。厂房上部墙体典型混凝土单元损伤、典型钢筋单元的Mises应力、厂房上部墙体的加速度分布系数和上部混凝土结构动主应力也在地震波峰值加速度之后短时间内,迅速增大,PGAMSPGAAS的情况。(3)选取了近断层真实主余震序列并且构造了部分人工主余震序列,研究了近断层主余震序列SV波斜入射下厂房结构的混凝土损伤、钢筋应力的演变、上部墙体结构最大层间位移角和上下游牛腿顺河向相对位移。从计算结果可知,主余震序列作用下的厂房上部累计损伤随着入射角度的增大而减小,主余震序列的脉冲类型比非脉冲类型会造成更严重的损伤,脉冲型主余震作用下的钢筋应力也大于非脉冲型的钢筋应力,PGAMS地震动强度指标PGAAS/PGAMS比值的增加而增大。脉冲型主余震的上部增体最大层间位移角和上下游牛腿顺河向相对位移大于非脉冲型主余震。(4)通过计算能量平衡方程中各项参数的发展过程和占比,得出了近断层主余震序列P波斜入射的情况下,不同入射角时水电站厂房主体的能量响应,分析了厂房混凝土结构的损伤、钢网架屋盖的动主应力、混凝土梁、柱动主应力等主要地震响应。由结果可知,厂房的能量反应和其他响应随着入射角的增大而增大,近断层脉冲PGAMS

关键词：水电站厂房主余震序列地震波斜入射非线性地震响应

SV波斜入射对岩体隧道洞身段地震响应影响研究

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岩土工程学报 2014年第8期36卷 1400-1406页

作者：杜修力黄景琦赵密金浏北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

基于显式有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,推导了SV波斜入射时人工边界面上等效节点力的计算公式,并基于通用有限元软件实现了SV波的倾斜输入。采用简单算例验证了SV波斜入射输入方法的准确性。分别考虑了SV波在隧道横断面和纵断面... 详细信息

基于显式有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,推导了SV波斜入射时人工边界面上等效节点力的计算公式,并基于通用有限元软件实现了SV波的倾斜输入。采用简单算例验证了SV波斜入射输入方法的准确性。分别考虑了SV波在隧道横断面和纵断面内斜入射工况,研究了SV波斜入射条件下岩体隧道洞身段地震响应规律。计算结果表明:SV波斜入射时的隧道地震响应规律与垂直入射时具有较大的差异;SV波在不同断面内斜入射时隧道的地震响应结果也具有较大差别。

关键词：地震波斜入射岩体隧道地震响应黏弹性人工边界等效节点力

SV波斜入射不同自由场构建方法下水电站地面厂房地震响应研究

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振动与冲击 2021年第7期40卷 9-18页

作者：王飞宋志强刘云贺张剑峰西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 中国三峡建设管理有限公司成都610041

针对目前近断层地震动少有考虑斜入射以及存在不同自由场构建方法的问题,研究了不同自由场构建方法的精度及其对水电站地面厂房地震响应的影响。将总波场分解为内行场和外行场,基于波场叠加原理分析了地基各边界面上的3种自由场,推导了... 详细信息

针对目前近断层地震动少有考虑斜入射以及存在不同自由场构建方法的问题,研究了不同自由场构建方法的精度及其对水电站地面厂房地震响应的影响。将总波场分解为内行场和外行场,基于波场叠加原理分析了地基各边界面上的3种自由场,推导了与各边界面自由场对应的等效节点荷载计算公式,并结合边界条件实现了平面SV波斜入射输入。分析了3种斜入射下整个地基的自由场及其相对于解析解的计算精度,不考虑地基底部和右侧边界外行场时,计算误差较大;考虑地基底部边界和右侧边界外行场时计算误差很小,最大误差仅为-3.8%。研究了3种自由场构建方法下脉冲型和非脉冲地震动对水电站厂房地震响应的影响。结果表明:不考虑地基底边界和右侧边界外行场时,厂房总输入能和损伤耗散能有较大增加,导致厂房下部尾水管结构出现大范围的损伤破坏,并且各项能量占总输入能的比重发生明显变化;在相同自由场构建方法下,脉冲型地震动对厂房的破坏能力更强,因此近断层区域内厂房的抗震设计应该引起重视。

关键词：水电站地面厂房地震波斜入射自由场脉冲型地震动能量

基于等效零时刻点的水平层状场地粘弹性边界方法研究

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岩土工程学报 2022年

作者：贾忠明赵伯明王子珺赵天次冯俊北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京交通大学土木建筑工程学院

针对粘弹性边界下水平层状场地地震动输入中的时间延迟计算问题，提出了水平层状场地的等效零时刻点迭代时间延迟计算方法，并依托斯涅尔方程及地震波在分层界面上的连续性条件推导了人工边界上等效节点力的计算公式，得出了粘弹性边界... 详细信息

针对粘弹性边界下水平层状场地地震动输入中的时间延迟计算问题，提出了水平层状场地的等效零时刻点迭代时间延迟计算方法，并依托斯涅尔方程及地震波在分层界面上的连续性条件推导了人工边界上等效节点力的计算公式，得出了粘弹性边界下的水平层状场地斜入射地震动输入方法。建立两层地层三维有限元计算模型，进行动力响应分析，并将计算结果与理论值进行对比，验证了方法的有效性和实用性。应用方法进行等效节点力计算的过程中，可根据所求目标地震波的具体信息及其所在地层的具体条件直接求解，无需对所求地震波的全部来源依次进行分析，使得公式更为统一，在简化计算的同时保证计算精度及准确性，并拓展了粘弹性边界理论在水平层状场地斜入射地震动上的应用。

关键词：地震波斜入射水平层状场地粘弹性边界时间延迟

基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法研究

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岩土工程学报 2022年第12期44卷 2319-2326,F0002页

作者：贾忠明赵伯明王子珺赵天次冯俊北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

针对黏弹性边界下水平层状场地地震动输入中的时间延迟计算问题,提出了水平层状场地的等效零时刻点迭代时间延迟计算方法,并依托斯涅尔方程及地震波在分层界面上的连续性条件推导了人工边界上等效节点力的计算公式,得出了黏弹性边界下... 详细信息

针对黏弹性边界下水平层状场地地震动输入中的时间延迟计算问题,提出了水平层状场地的等效零时刻点迭代时间延迟计算方法,并依托斯涅尔方程及地震波在分层界面上的连续性条件推导了人工边界上等效节点力的计算公式,得出了黏弹性边界下的水平层状场地斜入射地震动输入方法。建立两层地层三维有限元计算模型,进行动力响应分析,并将计算结果与理论值进行对比,验证了方法的有效性和实用性。应用方法进行等效节点力计算的过程中,可根据所求目标地震波的具体信息及其所在地层的具体条件直接求解,无需对所求地震波的全部来源依次进行分析,使得公式更为统一,在简化计算的同时保证计算精度及准确性,并拓展了黏弹性边界理论在水平层状场地斜入射地震动上的应用。

关键词：地震波斜入射水平层状场地黏弹性边界时间延迟

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团树断层场地地震反应的数值模拟

地震工程与工程振动 2003年第4期23卷 17-21页

作者：李山有王学良金星杨柏坡孙平善哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001 云南省楚雄师范学院云南楚雄675000 中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080

团树断层场地在多次地震中出现了烈度异常。为了弄清烈度异常的原因,应用显式有限元方法,数值模拟了在脉冲地震波斜入射情形下断层场地的地震反应。结果表明:在基岩山脚附近土层场地地震动放大比基岩山区平均高4倍、比远离基岩山脚土层... 详细信息

团树断层场地在多次地震中出现了烈度异常。为了弄清烈度异常的原因,应用显式有限元方法,数值模拟了在脉冲地震波斜入射情形下断层场地的地震反应。结果表明:在基岩山脚附近土层场地地震动放大比基岩山区平均高4倍、比远离基岩山脚土层场地平均高2倍,与历史震害分布有较好的对应。

关键词：团树断层场地地震波斜入射地震反应数值模拟显式有限元