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平面sh波在弹性半空间中三维洞室周围的散射

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地震工程与工程振动 2015年第4期35卷 40-50页

作者：梁建文胡淞淋刘中宪巴振宁天津大学土木工程系天津300072 天津城建大学天津300384

结合弹性均匀半空间中力源格林影响函数,采用一种间接边界积分方程法求解了弹性半空间中三维洞室对入射平面sh波的散射问题。通过与已有结果的比较,验证了方法的计算精度。在此基础上,以半空间中圆球形洞室为例,对洞室附近地表位移响应... 详细信息

结合弹性均匀半空间中力源格林影响函数,采用一种间接边界积分方程法求解了弹性半空间中三维洞室对入射平面sh波的散射问题。通过与已有结果的比较,验证了方法的计算精度。在此基础上,以半空间中圆球形洞室为例,对洞室附近地表位移响应和洞周应力集中特征进行了分析,并与二维模型进行了比较。研究表明:三维和二维模型对平面波的散射在整体上存在相似性,但也存在显著差别;二维模型的地表位移峰值均大于三维情况,前者地表位移空间分布更为复杂,动力响应更为剧烈;三维模型的洞室表面应力峰值则普遍大于二维情况,并且在峰值位置上存在显著差异,且随着频率增大,差异愈加明显。

关键词：弹性半空间三维洞室间接边界积分方程法平面sh波散射

基于TI介质模型的凸起地形对平面sh波的放大作用

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工程力学 2017年第8期34卷 10-24页

作者：巴振宁严洋梁建文张艳菊天津大学土木工程系天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 中国人民武装警察部队后勤学院建筑工程系天津300304

在模拟地震波在介质中传播过程的研究中,正演模拟是一个重要的方面。该文采用间接边界元法(IBEM)对横观各向同性(TI)不同参数介质的凸起场地中入射sh波的散射问题进行了正演模拟,研究了TI凸起场地对sh波的放大效应。放大效应是通过地表... 详细信息

在模拟地震波在介质中传播过程的研究中,正演模拟是一个重要的方面。该文采用间接边界元法(IBEM)对横观各向同性(TI)不同参数介质的凸起场地中入射sh波的散射问题进行了正演模拟,研究了TI凸起场地对sh波的放大效应。放大效应是通过地表位移与基岩露头位移幅值的比值来体现的。该间接边界元法结合了层状TI半空间精确动力刚度矩阵和均布斜线荷载动力格林函数,具有较高的精度。该文分别给出了TI介质凸起中sh波散射问题在频域和时域内的解答。频域内研究分析表明,土体TI介质参数的变化会对场地位移幅值的放大谱和空间分布产生显著的影响,即改变了凸起部分和土层的动力特性,使得两者动力相互作用发生改变。时域内研究表明,sh波在凸起周围的传播同时依赖于TI介质参数的具体取值和传播方向。时域位移幅值云图清晰地展示入射波、透射波、反射波和散射波的传播过程,凸起角点产生的散射波在TI介质中传播呈现"半椭圆"型,而在各向同性介质中呈现"半圆"型。

关键词：凸起地形横观各向同性格林影响函数平面sh波间接边界元法

基于TI介质模型的沉积谷地对平面sh波的放大效应

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振动工程学报 2016年第4期29卷 666-678页

作者：巴振宁张艳菊梁建文天津大学土木系天津300072 滨海土木工程结构与新材料教育部重点实验室天津300072

在TI场地平面外动力刚度矩阵的基础上,推导出斜线均布荷载动力格林函数,进而以该格林函数为基本解建立间接边界元方法求解了沉积谷地对平面sh波的散射问题。文中验证了方法的正确性,并分别将沉积内部和外部介质考虑为TI介质,在频域和时... 详细信息

在TI场地平面外动力刚度矩阵的基础上,推导出斜线均布荷载动力格林函数,进而以该格林函数为基本解建立间接边界元方法求解了沉积谷地对平面sh波的散射问题。文中验证了方法的正确性,并分别将沉积内部和外部介质考虑为TI介质,在频域和时域内进行了计算分析。研究表明:沉积TI参数的改变主要导致了沉积自身动力特性的改变,进而使得沉积表面位移幅值放大谱的峰值频率和谱值均发生明显改变;半空间TI参数的改变则导致了各方向上半空间与沉积阻抗比的改变,因而对放大谱的峰值频率影响较小,其影响主要体现在峰值大小上;另外,通过求解Ricker波输入下沉积附近观测点的位移幅值时程发现,沉积和半空间的TI参数亦对弹性波在含沉积半空间中的传播有着显著影响。

关键词：平面sh波沉积谷地横观各向同性格林影响函数间接边界元

楔形空间中圆弧形沉积对平面sh波的散射解析解

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天津大学学报 2010年第7期43卷 573-582页

作者：刘中宪梁建文天津大学建筑工程学院天津300072

为揭示楔形空间中沉积谷地对地震动的显著影响,基于大圆弧假定,利用Fourier-Bessel波函数展开,采用一种新方法求解了楔形空间中圆弧形沉积对平面sh波的散射问题.首先利用2个大圆弧面模拟地表面,以方便构造地表面引起的散射波场.然后由... 详细信息

为揭示楔形空间中沉积谷地对地震动的显著影响,基于大圆弧假定,利用Fourier-Bessel波函数展开,采用一种新方法求解了楔形空间中圆弧形沉积对平面sh波的散射问题.首先利用2个大圆弧面模拟地表面,以方便构造地表面引起的散射波场.然后由连续性边界条件建立方程并求解得出该问题的解析解,通过同现有结果的对比,验证该方法的计算精度,进而进行详细的参数分析.计算结果表明,楔形空间中沉积附近地表位移反应特征依赖于波入射角、入射波频率、楔形夹角及沉积内外的材料特性,位移放大效应比半空间情况更为显著,因而需适当提高此类场地上建筑物的抗震设防标准.

关键词：楔形空间沉积谷地平面sh波散射解析解

楔形空间中任意形状孔洞对平面sh波的散射：IBEM求解

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固体力学学报 2014年第3期35卷 292-301页

作者：刘中宪刘蕾梁建文天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384 天津市地震工程研究所天津300384 天津大学土木工程系天津300072

采用间接边界元法(IBEM),求解了楔形空间中任意形状孔洞对平面sh波的散射问题.基于单层位势理论,首先在孔洞表面及其附近楔形空间表面上施加虚拟均布荷载,以构造散射波场.进而由自由表面零应力条件,建立方程求解得到虚拟荷载密度.总波... 详细信息

采用间接边界元法(IBEM),求解了楔形空间中任意形状孔洞对平面sh波的散射问题.基于单层位势理论,首先在孔洞表面及其附近楔形空间表面上施加虚拟均布荷载,以构造散射波场.进而由自由表面零应力条件,建立方程求解得到虚拟荷载密度.总波场由楔形空间自由波场和散射波场叠加得到.研究表明:IBEM方法能够精确高效求解楔形空间中弹性波散射问题.楔形空间孔洞对波的散射特征依赖于波入射角、无量纲入射波频率、楔形夹角、孔洞位置及其形状;孔洞周围波的相干效应十分显著,空间表面位移幅值及孔边动应力集中因子比半空间情况放大一倍有余,分别达到8.5和10.0;该研究为楔形空间中更为复杂的P、SV波散射问题求解奠定了基础.

关键词：楔形空间散射孔洞平面sh波间接边界元法

弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射平面sh波的三维散射(Ⅰ)——方法及验证

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地震学报 2012年第6期34卷 785-792页

作者：梁建文陈健琦巴振宁天津大学土木工程系中国天津300072

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射平面sh波的三维散射问题.通过与文献结果进行对比,验证了本方法的正确性.与工程中常用的二维模型比较表明,工程中将三维散射问题简单地分解为平面内问题和平面外问题的做法... 详细信息

利用间接边界元法,求解了弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射平面sh波的三维散射问题.通过与文献结果进行对比,验证了本方法的正确性.与工程中常用的二维模型比较表明,工程中将三维散射问题简单地分解为平面内问题和平面外问题的做法存在较大误差.文中并研究了斜入射角度对散射的影响,表明斜入射角度对地表位移幅值有着重要影响.

关键词：弹性层状半空间无限长洞室斜入射平面sh波三维散射放大作用

地下洞室断面形状随机性对平面sh波散射的影响

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地震工程与工程振动 2014年第1期34卷 1-7页

作者：何颖梁建文林永星天津大学土木工程系天津300072 天津市土木工程结构与新材料重点实验室天津300072 天津大学建筑设计研究院天津300072

采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下洞室对平面sh波散射的半解析解,利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组洞室断面样本,通过对30组地下洞室在平面sh波入射下地表动力响应的统计分析,研究了洞室断面形状随机性对... 详细信息

采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下洞室对平面sh波散射的半解析解,利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组洞室断面样本,通过对30组地下洞室在平面sh波入射下地表动力响应的统计分析,研究了洞室断面形状随机性对地表响应的影响。研究表明,洞室断面形状随机性对波的散射具有重要影响。当洞室断面半径的变异系数为0.1时,地表位移响应幅值变异系数可达0.97。当入射频率较低时,变异系数比较小;而随着频率的升高,变异系数逐渐增大。当波垂直入射时,变异系数较小;当波水平入射时,变异系数最大;当波斜入射时,变异系数介于二者之间。当洞室埋深较小时,变异系数较大;随着埋深增加,变异系数逐渐减小。

关键词：地下洞室断面形状平面sh波散射波函数展开法半解析解蒙特卡洛方法

地下夹塞断面形状随机性对平面sh波散射的影响

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地震学报 2014年第4期36卷 584-594,1页

作者：何颖梁建文林永星天津大学土木工程系中国天津300072 天津市土木工程结构及新材料重点实验室中国天津300072 天津大学建筑设计研究院中国天津300072

采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下夹塞对平面sh波散射的半解析解;利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组夹塞断面样本,通过对该样本在平面sh波入射下地表位移幅值的统计分析,研究了夹塞断面形状随机性对平面sh... 详细信息

采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状的地下夹塞对平面sh波散射的半解析解;利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组夹塞断面样本,通过对该样本在平面sh波入射下地表位移幅值的统计分析,研究了夹塞断面形状随机性对平面sh波散射的影响.结果表明,夹塞断面形状随机性对平面sh波的散射具有重要影响.以圆形夹塞为例,当断面半径的变异系数为0.1时,地表位移响应幅值变异系数可达0.71.随着入射频率的升高,变异系数逐渐增大;随着夹塞刚度的降低,变异系数逐渐增大;随着夹塞埋深的增加,变异系数逐渐减小.

关键词：地下夹塞断面形状平面sh波散射波函数展开法半解析解蒙特卡罗方法

平面sh波作用下圆形衬砌隧洞对地下地震动的影响

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平面SH波作用下圆形衬砌隧洞对地下地震动的影响

作者：高令猛兰州理工大学

学位级别：硕士

随着城镇化建设的发展,土地资源日渐紧缺,对地下空间的开发和利用不断深化。地下结构的建设破坏了土体的局部整体性,改变了原场地的动力特性,从而对附近地上和地下工程结构的抗震安全造成了影响。因此,深入系统地分析由于地下结构存在... 详细信息

随着城镇化建设的发展,土地资源日渐紧缺,对地下空间的开发和利用不断深化。地下结构的建设破坏了土体的局部整体性,改变了原场地的动力特性,从而对附近地上和地下工程结构的抗震安全造成了影响。因此,深入系统地分析由于地下结构存在而引起的沿线地震动随深度的变化规律,对地下结构沿线的结构抗震设计具有十分重要的意义。目前,大部分研究成果仅分析了sh波入射时地下隧洞对地表面运动的影响,而针对地下隧洞周围土体在一定深度范围内的动力响应的研究较少。因此,本文在前人的基础之上,以地下隧洞对其周围地震动的影响为研究目标,基于弹性波动理论,利用波函数展开法和镜像原理,分析了平面sh波入射时弹性半空间中单个圆形衬砌隧洞和任意夹角的双圆形衬砌隧洞产生的散射问题,得到了单个圆形衬砌隧洞和任意夹角的双圆形衬砌隧洞附近场地位移的解析解。具体求解过程如下:首先为便于计算将各个波势函数进行了坐标变换,在进行坐标变换时应用了一般形式的Graf加法公式和经过变形后的Graf加法公式,并将变换后的波势函数带入到边界条件中;然后结合弹性动力学基本方程,通过理论推导得到一组无限阶线性方程组,并对该方程组进行截断求解,得到了各个坐标系下的位移场并求得了单个和双圆形衬砌隧洞周围的地下位移幅值;最后利用数值算例分析了弹性半空间中sh波入射时地下圆形隧洞对其周围地下地震动的影响。重点考察了sh波入射角度、入射频率以及隧洞埋深和衬砌刚度对隧洞周围土体动力响应随深度的变化规律。结果表明:地下隧洞对其沿线地下地震动存在显著的影响。本文研究不仅为地下圆形衬砌隧洞对周围地震动响应提供了理论指导,还为定量评估地下隧洞对沿线地下建筑物地震安全性提供了理论依据。

关键词：平面sh波圆形衬砌隧洞波函数展开法镜像法地下地震动