含單一孔隙和雙重孔隙介質三維飽和場地地震波散射與傳播研究
發(fā)布時間：2022-01-24 01:00
近年來,有關飽和雙相介質地震波動理論及其相關問題的研究得到越來越多專家和學者的重視,尤其是單一/雙重孔隙飽和介質對彈性波的傳播與散射問題一直是科學界具有挑戰(zhàn)的研究課題,在地震學、地震工程學、地球物理等學科都具有深遠的研究意義。在以往研究中,大多聚焦于單相介質對地震波的散射研究并取得了豐碩的科研成果,而實際巖土層中存在著錯綜復雜的基質流體、孔隙水與暗流,且地震波在流體飽和巖土層中傳播特性同干土彈性場地情況具有顯著差異,因此單一/雙重孔隙飽和介質對地震波散射問題的研究更具有現實意義。本文的重點在于單一孔隙和雙重孔隙介質三維飽和場地地震波傳播及散射特性研究�；贐iot單一孔隙飽和介質理論和Berryman等建立的雙重孔隙介質模型,提出一種適用于多種介質場地的基于球面波勢函數的基本解方法（SWP-MFS）。首先結合單孔隙介質本構模型,采用兩種壓縮波（P1,P2）和三種矢量剪切波球面波勢函數推導出單孔隙飽和介質位移,應力,流體相對位移和孔隙流體壓力動力格林函數,進而構造散射波場,基于邊界條件建立邊界積分方程并配點求解。其次,基于地下裂隙層結構復雜的特...
【文章來源】：天津城建大學天津市
【文章頁數】：82 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
希臘Volvi飽和沉積盆地典型剖面圖
第二章飽和介質基本理論及SWP-MFS方法簡介8（4）孔隙率均勻且孔隙相互連通；（5）研究對象的封閉孔隙為土體一部分；（6）孔隙間流體相對土體骨架的流動滿足Poiseuille定律；（7）不計溫度和化學作用等因素的影響。（a）結構示意圖（b）物理示意圖圖2-1單孔隙介質示意圖土體是以巖石顆粒為主體骨架的松散堆積物，巖石顆粒是土體的固相物質，是組成土體固體部分的主要物質，顆粒之間無膠結或弱膠結。用飽和度Sr表示土顆粒之間孔隙被流體填充的程度，飽和度Sr=0時，介質為干土形態(tài)；飽和度Sr=100時，介質為飽和土形態(tài)�；贐iot[9]兩相介質理論，設土體骨架位移和流體相對于土體骨架的位移分別為iu和iw，則均勻飽和介質本構關系表達式：2+;,,,ijijijijepijxyz（2-1a）ipMeMw（2-1b）其中，ij和p分別表示土體的總應力分量和孔隙流體壓力；ij和e分別表示土體骨架的平均應變張量和體積應變；和分別表示土體骨架的第一拉梅常數和第二拉梅常數；ij為Kroneckerdelta（當ij時，1ij；當ij時，0ij）。和M為土顆粒和孔隙流體壓縮性的參數（01，0M+），當介質整體處于完全干土條件下：M=0；不可壓縮土體條件下：M，=1。與土骨架位移和流體相對位移相關的多孔介質運動方程表達式[80]：2,,,()ijjjjijjiifiuMuMwuw（2-2a）j,jij,jifiiiMuMwumwcw（2-2b）式中，(1)sfnn表示介質材料密度，s和f分別表示土骨架密度和流體密度。n為介質孔隙率。c表示由于土骨架和孔隙流體之間的相對運動而產生的內摩擦參數，若不考慮內摩擦，則c0。
天津城建大學碩士學位論文13第三章單一孔隙介質地震波傳播與散射研究3.1引言彈性波作用下地下洞室和夾雜體的散射研究及動應力集中效應是巖土工程、地震工程、地球物理勘探、無損檢測等多個領域的研究熱點之一。以往學者在研究中多以無限長隧道為工程背景，由于其方法的限制，通常在彈性場地或飽和場地中建立二維和二維半模型求解分析[86-89]，而實際飽和場地中常見的三維洞室和夾雜體對地震動的影響，研究還不甚深入。本節(jié)采用的SWP-MFS方法求解了平面P、SV波入射下單一孔隙飽和三維夾雜體及空洞的散射和動力響應問題，并結合數值算例，討論了夾雜體內外剛度、入射波頻率、邊界排水條件和基質孔隙率等因素的影響。3.2計算模型如圖3-1所示，無限域單一孔隙介質全空間中埋置一個任意形狀夾雜體。假設單孔隙介質無限域（D0）和夾雜域（D1）的介質均勻且各向同性。外部空間中介質剪切模量、密度和泊松比分別為1、1、1v；夾雜體內相應為2、2、2v。外部空間剪切波速和壓縮波速分別為sc、1c。圖3-1計算模型圖3.3單孔隙介質中彈性波傳播特性基于2.2章節(jié)所研究了單孔隙介質平衡運動方程和Biot兩相介質理論，在飽和介質中存在兩類壓縮波P1，P2（其中P1為快波，P2為慢波）和一類剪切波S。其中P1（快波）、P2（慢波）和S波的波數分別為1k，2k和k。對于波動方程穩(wěn)態(tài)響應問題，P1波、P2波的勢函數1、2和S波矢量勢函數分別滿足以下表達式：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維復雜山谷地形SV波垂直輸入地震反應分析[J]. 章小龍,李小軍,周正華,陳國興,彭小波. 地球物理學報. 2017 (07)
[2]雙重孔隙介質中P1波在自由邊界上的反射[J]. 賀鵬飛,夏唐代,劉志軍,陳煒昀. 巖土力學. 2016(06)
[3]平面SV波入射下彈性半空間中三維球形洞室的動力響應[J]. 梁建文,胡淞淋,劉中憲,巴振寧. 巖土工程學報. 2016(09)
[4]基于精細時程積分的飽和兩相介質波動問題時域解法[J]. 段雪銘,李亮,杜修力,宋佳. 巖土力學. 2015(09)
[5]含雙理想流體夾雜的雙重孔隙介質中彈性波的散射[J]. 董東霞,蘇軍,趙社戌. 上海交通大學學報. 2015(07)
[6]基于兩相介質理論之土層彈塑性大變形地震反應分析[J]. 李永強,景立平,單振東,張鋒. 巖土工程學報. 2015(11)
[7]孔隙介質的時域BEM計算[J]. 丁伯陽,蔣佳琪. 應用數學和力學. 2015(01)
[8]Finite-difference modeling with variable grid-size and adaptive time-step in porous media[J]. Xinxin Liu,Xingyao Yin,Guochen Wu. Earthquake Science. 2014(02)
[9]基于飽和多孔介質的復雜自由場地震響應分析[J]. 董云,樓夢麟. 同濟大學學報(自然科學版). 2014(02)
[10]平面波在雙孔隙介質中球形夾雜上的散射[J]. 梁宏斌,蘇軍,趙社戌. 應用力學學報. 2013(01)
博士論文
[1]復雜多孔介質中的地震波傳播機理研究[D]. 巴晶.清華大學 2008
本文編號：3605514
【文章來源】：天津城建大學天津市
【文章頁數】：82 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
希臘Volvi飽和沉積盆地典型剖面圖
第二章飽和介質基本理論及SWP-MFS方法簡介8（4）孔隙率均勻且孔隙相互連通；（5）研究對象的封閉孔隙為土體一部分；（6）孔隙間流體相對土體骨架的流動滿足Poiseuille定律；（7）不計溫度和化學作用等因素的影響。（a）結構示意圖（b）物理示意圖圖2-1單孔隙介質示意圖土體是以巖石顆粒為主體骨架的松散堆積物，巖石顆粒是土體的固相物質，是組成土體固體部分的主要物質，顆粒之間無膠結或弱膠結。用飽和度Sr表示土顆粒之間孔隙被流體填充的程度，飽和度Sr=0時，介質為干土形態(tài)；飽和度Sr=100時，介質為飽和土形態(tài)�；贐iot[9]兩相介質理論，設土體骨架位移和流體相對于土體骨架的位移分別為iu和iw，則均勻飽和介質本構關系表達式：2+;,,,ijijijijepijxyz（2-1a）ipMeMw（2-1b）其中，ij和p分別表示土體的總應力分量和孔隙流體壓力；ij和e分別表示土體骨架的平均應變張量和體積應變；和分別表示土體骨架的第一拉梅常數和第二拉梅常數；ij為Kroneckerdelta（當ij時，1ij；當ij時，0ij）。和M為土顆粒和孔隙流體壓縮性的參數（01，0M+），當介質整體處于完全干土條件下：M=0；不可壓縮土體條件下：M，=1。與土骨架位移和流體相對位移相關的多孔介質運動方程表達式[80]：2,,,()ijjjjijjiifiuMuMwuw（2-2a）j,jij,jifiiiMuMwumwcw（2-2b）式中，(1)sfnn表示介質材料密度，s和f分別表示土骨架密度和流體密度。n為介質孔隙率。c表示由于土骨架和孔隙流體之間的相對運動而產生的內摩擦參數，若不考慮內摩擦，則c0。
天津城建大學碩士學位論文13第三章單一孔隙介質地震波傳播與散射研究3.1引言彈性波作用下地下洞室和夾雜體的散射研究及動應力集中效應是巖土工程、地震工程、地球物理勘探、無損檢測等多個領域的研究熱點之一。以往學者在研究中多以無限長隧道為工程背景，由于其方法的限制，通常在彈性場地或飽和場地中建立二維和二維半模型求解分析[86-89]，而實際飽和場地中常見的三維洞室和夾雜體對地震動的影響，研究還不甚深入。本節(jié)采用的SWP-MFS方法求解了平面P、SV波入射下單一孔隙飽和三維夾雜體及空洞的散射和動力響應問題，并結合數值算例，討論了夾雜體內外剛度、入射波頻率、邊界排水條件和基質孔隙率等因素的影響。3.2計算模型如圖3-1所示，無限域單一孔隙介質全空間中埋置一個任意形狀夾雜體。假設單孔隙介質無限域（D0）和夾雜域（D1）的介質均勻且各向同性。外部空間中介質剪切模量、密度和泊松比分別為1、1、1v；夾雜體內相應為2、2、2v。外部空間剪切波速和壓縮波速分別為sc、1c。圖3-1計算模型圖3.3單孔隙介質中彈性波傳播特性基于2.2章節(jié)所研究了單孔隙介質平衡運動方程和Biot兩相介質理論，在飽和介質中存在兩類壓縮波P1，P2（其中P1為快波，P2為慢波）和一類剪切波S。其中P1（快波）、P2（慢波）和S波的波數分別為1k，2k和k。對于波動方程穩(wěn)態(tài)響應問題，P1波、P2波的勢函數1、2和S波矢量勢函數分別滿足以下表達式：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維復雜山谷地形SV波垂直輸入地震反應分析[J]. 章小龍,李小軍,周正華,陳國興,彭小波. 地球物理學報. 2017 (07)
[2]雙重孔隙介質中P1波在自由邊界上的反射[J]. 賀鵬飛,夏唐代,劉志軍,陳煒昀. 巖土力學. 2016(06)
[3]平面SV波入射下彈性半空間中三維球形洞室的動力響應[J]. 梁建文,胡淞淋,劉中憲,巴振寧. 巖土工程學報. 2016(09)
[4]基于精細時程積分的飽和兩相介質波動問題時域解法[J]. 段雪銘,李亮,杜修力,宋佳. 巖土力學. 2015(09)
[5]含雙理想流體夾雜的雙重孔隙介質中彈性波的散射[J]. 董東霞,蘇軍,趙社戌. 上海交通大學學報. 2015(07)
[6]基于兩相介質理論之土層彈塑性大變形地震反應分析[J]. 李永強,景立平,單振東,張鋒. 巖土工程學報. 2015(11)
[7]孔隙介質的時域BEM計算[J]. 丁伯陽,蔣佳琪. 應用數學和力學. 2015(01)
[8]Finite-difference modeling with variable grid-size and adaptive time-step in porous media[J]. Xinxin Liu,Xingyao Yin,Guochen Wu. Earthquake Science. 2014(02)
[9]基于飽和多孔介質的復雜自由場地震響應分析[J]. 董云,樓夢麟. 同濟大學學報(自然科學版). 2014(02)
[10]平面波在雙孔隙介質中球形夾雜上的散射[J]. 梁宏斌,蘇軍,趙社戌. 應用力學學報. 2013(01)
博士論文
[1]復雜多孔介質中的地震波傳播機理研究[D]. 巴晶.清華大學 2008
本文編號：3605514
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