地震波非线性反演方法研究综述

地震波非线性反演方法研究跟正演模拟方法研究一样,是地球物理学中一个非常重要的研究领域,其进展对人们正确认识和了解地球内部的细节及物性具有重大意义,对地球动力学的研究也具有不可忽视的推动作用。对地震波非线性反演问题理论研究的进展作了评述;在简单回顾非线性反演方法发展历史的基础上,总结了近年来常见的非线性反演方法研究的最新进展情况,对非线性反演中存在的各种问题进行了比较和评述,同时指出了目前非线性反演方法存在的问题,并对今后发展的方向作了简要展望。     

《震源数值反演》简介

<正> 本书研究了逆问题在地震震源反演上的应用,震源的描述一般采用运动学模型。体力等效(B.F.E)考虑为反演问题中的数学模型。震源辐射的积分表达式由于位移的不连续而与断层上力的作用方式无关。而且,次生力间断性的出现并不影响积分表达式。在力的连续性假设之下,位错矢量是某个线性算子的本征解。求解将采用最小二乘技术,最小二乘(LSO)在理论和数值求解上都已研究得很详细了。通过Tikhonov正则化提供一个稳定和平均意义的解,并讨论了正则误差和协方     

地下水渗流参数反演的微分进化算法

以非均质、各向同性含点源非稳定流定解问题为数学模型,利用有限元法对该模型进行了数值求解,并给出了求解该模型的具体过程。在此基础上,介绍了地下水参数反演方法的发展史和参数反演问题的微分进化算法。为了说明微分进化算法对反演的有效性,考虑了一个含点源方程非稳定流定解问题,并对其进行了数值模拟。结果表明,所提算法可以进行复杂的地下水参数反演求解,且具有程序实现简单、反演精度高的特点,值得在实际中应用。     

输入未知情况下结构复合反演的两步法

研究了输入未知条件下的参数识别问题。针对剪切型结构,提出了其在一类特殊未知载荷下的复合反演算法,此方法假设结构各层上的未知输入之间成比例关系,在不知道这些比例关系的情况下,分两步进行复合反演:第一步,假设某一层上的未知输入为基本未知输入,利用子结构技术,采用遗传算法识别子结构参数和子结构上未知输入之间的比例关系,进而求出基本未知输入;第二步,在基本未知输入已知的情况下,通过最小二乘算法识别其余各层的未知参数和其余各层上未知输入与基本未知输入之间的比例关系。此方法在类似风荷载作用未知情况下的复合反演中具有重要意义,最后用剪切型数值算例验证了算法的合理性。     

土石坝动力分析人工边界处理方法

我国很多在建或拟建土石坝工程位于地震高烈度区,土石坝的动力反应特性和抗震性能成为工程界关注的焦点。在坝体-地基系统动力分析中,可以通过在截断边界上施加人工边界,解决外行散射地震波无法透过固定边界、在坝体内反复反射、显著增大坝体结构反应的问题。介绍了目前结构动力分析中广泛采用的几种人工边界条件(主要包括透射边界、粘性边界和粘弹性边界),评述了各自的优缺点,着重分析了粘弹性人工边界应用于覆盖层上土石坝动力分析所面临的问题和解决对策。结果表明,粘弹性边界条件能够吸收外行散射地震波能量、模拟人工边界外无限地基介质的弹性恢复性能,可以应用于深厚覆盖层上土石坝动力分析边界处理研究。     

人工边界子结构地震动输入方法在ABAQUS中的实现

人工边界子结构地震波动输入方法理论明晰,但需要对大量节点时程数据进行读写,研究人员直接在通用有限元软件中使用可能会存在一些问题。本文简单介绍相关理论方法,给出在ABAQUS中实现黏弹性人工边界单元的设置与人工边界子结构地震波动输入方法的详细思路和实施步骤。对于黏弹性人工边界单元,介绍了在视图界面对等效物理参数和边界单元尺寸进行统一操作的方法;对于人工边界子结构地震波动输入方法,介绍了利用自编Python程序读写INP文件,自动读取和写入大批量节点时程数据的方法。本方法便捷高效,可快速完成自由场节点位移数据读取、人工边界子结构节点位移数据加载、节点反力数据读取、土-结构动力相互作用模型等效地震荷载输入等工作,大幅提高了地震波动输入的前处理效率,可在实际工程计算过程中推广应用。     

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。     

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。     

波动数值模拟中人工透射边界的实现技术

对局部场地动力反应的有限元方法及其边界问题的处理技术进行了研究,基于ABAQUS有限元软件开发了用于局部场地反应数值模拟的人工透射边界的子程序,通过对均匀半空间的波动问题的分析,验证了局部场地动力反应分析模型和边界处理技术的可行性。算例结果表明,基于ABAQUS有限元软件建立的地震波输入方式和透射边界的用户子程序对于局部场地动力反应分析具有良好的适用性。所提方法可用于二维局部不规则、不均匀和非线性场地的地震波散射问题。     

Rayleigh波在饱和半空间中凹陷地形周围的散射

饱和场地中波的传播同单相介质情况具有显著的差异。基于Biot固液两相介质理论,采用间接边界积分方程法,求解了Rayleigh波在饱和半空间中凹陷地形周围的二维散射问题。由分布在凹陷表面附近的虚拟波源构造散射波场,由边界条件确定虚拟波源的密度。总波场由自由波场和散射波场叠加而得。通过详细的参数分析,研究了入射波频率、边界渗透条件、孔隙率、凹陷形状等因素对Rayleigh波散射的影响,得出了一些有益的结论。     

汶川地震中远场深覆盖土层动力反应分析

对上海余山地震台在汶川地震中测得的基岩波地震记录进行频谱特性分析,然后以同济大学教学科研综合楼场地土层为研究对象,应用水平成层土层地震反应的一维有限元方法,分析该深覆盖场地在这一实测地震记录作用下的动力反应,并将其与同济大学强震监测台在汶川地震中获得的地表波记录进行对比.结果表明:汶川地震的远场地震动记录中,基岩波的长...     

地震荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管的动力响应分析

玻璃钢夹砂管在土木水利工程领域得到了愈来愈广泛的应用,但现有的埋地管道地震响应分析模型大多不考虑管-土动力相互作用,且多针对均质材料管道,无法应用于具有明显层状复合材料结构特征的玻璃钢夹砂管。基于玻璃钢夹砂管的层状复合材料结构特征,建立了完整的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型,在数值分析模型中,考虑了管-土间复杂的动力相互作用,以及地震散射波从有限域向无限域的传播。算例分析表明,所建立的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型可合理地分析埋地玻璃钢夹砂管在地震荷载作用下的动力响应。     

层状场地中任意形状沉积河谷对平面SH波的散射

利用间接边界元方法在频域内求解了层状场地中任意形状沉积河谷对平面SH波的散射;利用土层的精确动力刚度矩阵求解了应力和位移的动力Green函数;结合间接边界元法,研究了沉积河谷宽度、厚度、入射角、入射频率等对地表位移幅值的影响,并与按一维场地模型计算的结果进行了比较。研究表明,沉积河谷有明显的二维散射效应,与一维模型的计算结果差别显著。在工程场地地震安全性评价中,应合理考虑沉积河谷对场地设计地震动参数确定的影响。     

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。     

苏通大桥初设阶段主桥场地地震反应计算

本文计算了苏通大桥初设阶段主桥近300 m深场地的地震反应。将三种地震波从基岩输入,并考虑了行波效应,从而得到不同计算工况下8个桥墩所在场地的地震反应结果,列出了工程场地地表的部分绝对加速度和绝对位移的计算结果。从计算结果来看,土层的地震反应受到以下几个因素的影响:土层计算模型、土层的地质地形条件、行波效应。当有倾斜河谷地形时,采用一致输入下水平均匀分层土层的简单模型后,计算所得的工程场地地震动参数与实际场地精细化模型的计算结果有较大的差距。是否考虑基岩面上地震波的行进过程,也会对场地地表的地震动参数产生较大的影响。     

土层地震反应分析的地面加速度峰值计算研究

针对不同的工程场地采用20组相互独立的基岩加速度时程作为输入地震波,对广东省307个项目的地震安全性评价中的662个地震钻孔剖面进行土层地震反应分析,用相对均方误差来定量评估所得到的地面加速度峰值离散值,发现地面加速度峰值的计算结果具有很大的离散性,最大相对均方误差为19%,平均相对均方误差为7.53%;地震基本烈度高的地区比地震基本烈度低的地区的相对均方误差大,场地类别差的比场地类别好的相对均方误差大;目前较为普遍地用1条或3条基岩加速度时程作为地震动输入是明显不够的,应适当地增加,对于高烈度地区和场地类别较差的场地更是如此,才能得到较为合理的地面加速度峰值。     

城市地下综合管廊节点地震响应的影响因素分析

建立城市地下综合管廊典型节点二维有限元模型,分析在不同地震波不同峰值加速度、不同地震波相同峰值加速度,以及是否考虑土-结构接触面的接触作用下的地震响应。结果表明：①在不同地震波不同峰值加速度作用下,随地震波峰值的增大管廊节点的侧向位移、峰值加速度、峰值应力随之增大;②在不同地震波相同峰值加速度作用下,地震波的频谱特性对节点地震响应有显著影响;③是否考虑土-结构接触面的接触作用对管廊节点地震响应有较大影响。     

太阳能热发电系统中的水消耗问题研究

以明置于室内地面上的大型直流电压发生器塔架结构的抗震计算为例,分别计算结构在正弦共振调幅5波、正弦共振3波、El Centro地震波、Taft地震波和云南澜沧地震波5种激励下的响应,讨论了输入不同地震波对结构地震反应的影响及不同Rayleigh阻尼模型下的动力响应特性,最后对这类结构的输入地震动及Rayleigh阻尼模型的选择提出建议。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

地震能量辐射系数的测定与预报应用探索

本方法通过对区域地震体波振幅传播特征的研究并测定地震能量辐射系数企图得到中强震孕育的源兆信息。本文给出了方法的思路、介绍了参数的物理意义及正常理论值的估计。这一方法无论在目前模拟台网的观测条件下或将来数字观测台网建成之后均可方便、快捷使用。还对方法的使用误差、震例效果和存在问题进行了讨论。