谱元法数值模拟地震波传播

谱元法基于弹性力学方程弱形式基础之上,在有限单元上进行谱展开,从而使该方法具备了有限元适应任意复杂介质模型的韧性和伪谱法的精度,该方法又被称为高阶有限元方法或伪谱法的域分解,同时为地震波传播的数值模拟提供一种方法。本文阐述了基于Legendre多项式的谱元法的理论和推导过程,相对于Chebychev谱元法,Legendre谱元法可以形成对角的全局质量矩阵,这样可以形成显式的时间差分算法,提高运算效率。最后,进行了复杂介质的各向同性地震波数值模拟,结果表明这是数值模拟地震波传播的有效方法。     

计算机模拟在火灾科学与工程研究中的应用

计算机模拟技术尤其是场模拟技术是近年来发展完善的高新技术,在许多工程领域和基础研究方面得到广泛应用。但其在大灾科学和工程领域的应用研究刚刚起步。本文在介绍场模拟基本方法的基础上,重点介绍了场模拟方法中大涡模拟技术的基本理论和方法,并将其引入火灾动力学的研究中。列出了火灾动力学大涡模拟的基本方程、湍流模型、燃烧模型和幅射模型。并用此方法模拟了油罐区火灾动力学演化实例,据此可提出更有效的控制和补救措施。 通过利用场模拟方法中的大涡模拟技术研究典型工业重点火灾危险源——油罐区火灾动力学演化实例,可以看出场模拟技术在安全工程领域方面的发展前景。预计它将成为安全工程领域中的安全管理、危险性评估以及安全事故处理决策支持等的有效手段。     

海啸波近岸共振响应的数值模拟及分析

应用有限差分方法求解非线性浅水长波方程,建立了海啸波产生和传播的二维数值模型;对太平洋地震引起的夏威夷群岛海啸波进行模拟,并将模拟结果和测站实测值进行比较,验证了模型的正确性。利用快速傅里叶变换对数值模拟结果进行谱分析,得到整个计算区域的能量谱分布,并给出了发生能量聚集的位置及相应的谱峰周期。讨论了海啸波传播到近岸时可能产生的共振响应现象,发现海啸波和近岸的共振响应不仅与近岸复杂地形有关,还与海啸波传播到近岸时的波浪入射方向有关。     

建筑火灾烟气运动数值模拟方法的回顾与评价

系统地介绍了建筑火灾烟气运动的各种数值模拟方法。将收集到的59种建筑火灾模型分为4大类，包括9种网络模型、32种区域模型、15种场模型及3种复合模型；从理论角度阐述了各类模型的计算方法，着重介绍了其中有代表性的几个模型；提出复合模型是未来模型的发展方向。为初涉建筑火灾烟气运动数值模拟的研究人员提供了思路。     

复杂地形对平面波散射问题频域解的数值求解方法

详细介绍了求解无量纲频率的谱放大系数的有限元方法,并根据均匀半空间半圆凹陷地形的计算结果与解析解的对比,验证了本文方法的可行性。同时还指出,采用有限元数值模拟方法得到与无量纲频率对应的谱放大系数过程中,地震波的输入类型对结果没有影响,计算模型尺寸和介质参数的选取也很灵活,可以很方便研究复杂地形在地震波作用下不同频率的地表放大效应。     

近似Rayleigh地震波作用下地下综合管廊响应分析

地下综合管廊是一种重要的生命线基础设施,目前对其抗震性能的研究还处于起步阶段。由于属于浅埋地下结构,故地震波中的面波、尤其是Rayleigh波可能会成为地下综合管廊破坏的控制因素。本文根据简谐Rayleigh波的特点,提出了近似Rayleigh地震波的概念,并在假定已知Rayleigh波水平分量的情况下,利用傅里叶变换求得近似Rayleigh地震波场。采用三维有限元模型,对地下管廊结构进行了地震响应分析。分析结果表明:本文建议方法可以有效地模拟波动的传播过程;地下综合管廊结构的变形以整体弯曲变形为主;结构顶面应变约为对应底面位置应变的两倍,与Rayleigh波沿深度衰减的规律相类似。     

ABAQUS中黏性边界条件的实现及应用

波动数值模拟时,基底直接输入地震波会导致波动能量在计算域内往复反射,影响分析结果的可靠性。应用黏性边界条件模拟无限地基的辐射阻尼效应,基于波动理论及Spring/Dashpots单元实现了ABAQUS软件中黏性边界条件的施加,进而对弹性半空间的波源问题和散射问题进行波动数值模拟,并验证了黏性边界条件的有效性。采用黏性边界和固定边界条件计算响嘡台阵3号测井的土层地震反应,并将计算结果与实际记录进行对比分析。结果表明,固定边界会造成散射波往复反射,放大了地表的地震响应,黏性边界能吸收散射的波动能量,能够较好地模拟土层地震反应。     

考虑惯性耦合的两相介质动力反应显式数值计算方法∗

基于包含惯性耦合（耦合质量密度系数）的 u?p 形式饱和两相介质弹性波动方程,开展了对饱和两相介质近场波动问题时域全显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量集中矩阵和流体压缩矩阵对角化处理,消除了方程中的动力耦联的影响。分别应用中心差分法和 Newmark 常平均加速度法求解固相位移和固相速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,建立了考虑惯性耦合的饱和两相介质的时域显式数值计算方法。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该方法应用于饱和两相介质自由场的地震反应问题,研究了惯性耦合对两相介质动力反应的影响。基于本文研究的两种情况表明,惯性耦合对饱和两相介质动力反应的影响程度有限。     

饱和土中任意排列的排孔屏障对P波的多重散射

基于Biot饱和土波动理论,采用波函数展开法,对饱和土体中任意排列的排孔对P波的多重散射进行了理论求解,通过排孔-土体间应力、位移自由的边界条件,得到波函数展开后的待定复系数,由此确定屏障前后总波场的解。数值算例中考察了P波入射下饱和土体中周期性排列的排孔屏障前后无量纲位移幅值的变化情况,对影响屏蔽效果的主要几何参数如排孔间距、排距、数量、布置方式等进行了分析和讨论,得到了排孔的优化设计建议,为弹性波在饱和介质中的传播规律和屏障隔振提供理论计算依据。     

地震滑坡研究回顾与展望

对国内外地震滑坡特别是汶川8.0级地震产生的地震滑坡的历史文献进行了系统回顾,认为地震滑坡的研究可以概括为发育分布规律统计研究和动力学机理研究。其中对于地震滑坡发育分布规律的研究较深入,取得了丰富的规律性认识;而关于动力学机理的研究,大多是基于表观现象的假设或推断,缺乏物理或数值模拟实验的验证。建议进一步开展:①基于地震波传播理论的物理或数值模拟;②高速远程滑坡形成机制与运动特征研究;③强震触发滑坡灾害链效应研究。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Mori-son方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark-β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明:按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12.5%。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

用独立分量分析方法实现地震转换波与多次反射波分离

独立分量分析(ICA)是新兴的一种统计学方法。其目的是寻求对非高斯分布数据进行有效表示,使得各个基分量在统计学意义上独立,或者尽最大可能独立。这种表示意在获取数据的基本结构,可有效实现特征提取和信号分离。本文概述ICA的基本理论和快速算法,并在分析地震记录特点的基础上,阐明采用ICA方法可以实现对沉积地区远震记录中转换波和多次反射波的分离。研究结果表明,ICA方法可有效地分离地震转换波和多次反射波,并由此获得较为合理的地下间断面初步解释结果,从而有利于扩展接收函数技术的应用。     

场地液化危害的概率分析

为使场地液化危害程度的估计建立在以概率论为基础的可靠性分析之上,本文提出二种估计场地液化危害程度的概率方法,二种方法分别采用不同的途径处理地震和岩土的不确定性,不仅分析了一点液化的概率,而且提供了估计整个土层住状液化概率的方法,文中最后通过算例简要讨论了液化概率分析结果的工程应用。     

大型抽水蓄能电站场地地震动效应及设计地震动参数研究

大型抽水蓄能电站往往建于山区的沟源坳地,场地地形复杂,各工程场点高差大。结合某大型抽水蓄能电站工程的具体情况,根据工程场地岩土参数原位测试及试验室试验结果,采用二维波动有限元方法研究复杂场地条件下的场地地震动效应,计算确定了50年及100年设计基准期对应超越概率63%、10%、5%、2%共8个设防水准的地震动参数,并通过不同高程处地震动参数的对比分析,研究了地形地貌对场地地震动效应的影响,得到一些有价值的结论。研究成果已在具体工程设计中采用,该成果对其它同类工程也有一定借鉴作用。     

南水北调大型渡槽结构抗震安全性研究

阐述了南水北调中大型渡槽的抗震问题,分别介绍了基于常微分方程求解器(ODE)和有限元方法的大型渡槽动力计算模型、动力特性分析和设置铅芯橡胶支座(LRB)的隔震分析。研究表明,基于ODE求解器的解析和半解析方法有很好的精度和可靠性,可用于大型渡槽的初步设计。结合所得的研究成果,对南水北调的渡槽抗震提出了合理化建议。     

刚性桩复合地基地震响应的拟静力简化计算方法

刚性桩复合地基在建筑结构中已得到广泛应用,但对其地震作用下的动力响应研究还不够充分。采用上海市《建筑抗震设计规程》8度罕遇地震的规范标准反应谱拟合生成人工地震波,以软土场地中的某10层钢筋混凝土框架结构为对象,将土体自由场变形和上部结构惯性力对桩身内力的影响分开考虑,提出一种拟静力简化计算方法,分析刚性桩复合地基的地震响应。并建立刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,利用数值方法进行动力时程分析,验证了拟静力方法的合理性。进一步分别计算了自由场位移对桩基的作用、刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体地震响应以及桩筏基础地震响应。结果表明:拟静力方法与数值方法较为吻合,复合地基的桩身内力和筏板底加速度峰值均小于桩筏基础,褥垫层对地震波具有滤过作用,显著减轻了地震的作用效应。     

二维相关地震动作用下结构的随机反应

假定两水平方向的地震动为平稳随机过程,基于地震动主轴模型的假设,讨论了二维地震动分量的空间相关性,在单分量平稳模型的基础上给出了二维水平地震动随机模型的相关函数矩阵。该相关函数模型可以为二维地震下结构随机反应分析提供地震动输入。利用状态空间方法和随机振动理论建立了线性多自由度体系在二维地震激励下的随机反应分析方法,导出了结构的位移反应相关函数和速度反应相关函数,可在时域内直接计算结构的二维随机地震反应的统计特征。最后,通过一个二层框架结构计算实例,说明了这种方法的运用,讨论了地震动强度以及地震动主轴方位角对结构反应的影响。该方法可以为结构抗震可靠性评估提供基础。     

带摩擦阻尼器底部框架砌体减震结构地震响应分析

研究底部框架砌体双功能减震结构在地震激励下的响应。该结构通过在底部框架设置摩擦阻尼器并在框架顶层与砌体底层之间增设隔震层,形成底部框架上部砌体的双功能减震结构。首先针对设置摩擦阻尼器耗能减震结构的地震反应振动方程求解,给出状态方程直接积分法,由此对结构进行地震激励下的响应分析,再与SAP2000软件分析结果进行对比,两者结果吻合较好。另外,采用强制解耦法进行相应计算,并与前述分析进行对比,结果表明强制解耦法对求解结构第一、二阶振型反应偏差较小,但对于求解高阶振型存在较大偏差,且强制解耦法高估了结构的减震效果。研究结果表明,这种新型减震结构具有良好的减震性能,采用状态方程直接积分法对该结构的分析具有较强的实用性。     

某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究.首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后,对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果...