本文關(guān)鍵詞： 夾雜群 山體裂紋 大規(guī)模彈性波散射 快速多極間接邊界元法　出處：《天津城建大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來,地震頻發(fā),給人們的人身及財產(chǎn)安全造成了巨大損害,如何減少地震災(zāi)害帶來的傷害成了人們關(guān)注的焦點。而局部場地作為影響地震動的三大要素之一,對地震波在近地表的反應(yīng)有有著重大的影響。現(xiàn)實生活中,人為修建的地下隧道、地鐵車站、樁基、采煤井道以及各類地下管線,天然形成的熔巖、溶洞或者災(zāi)害導(dǎo)致的山體裂紋、地下斷層等都將影響地震波的傳播,或使得地震作用放大,或縮小,但不同的局部場地類型則會出現(xiàn)不同的反應(yīng)。國內(nèi)外現(xiàn)有規(guī)范僅僅指出建筑物、構(gòu)筑物等要盡量避開上述不均勻場地的定性規(guī)定,而并未做出具體規(guī)定。針對上述問題,本文在傳統(tǒng)邊界元法的基礎(chǔ)上,引進(jìn)快速多極算法,針對多體多域彈性波散射問題進(jìn)行研究,以期實現(xiàn)局部不均勻場地地震動的定量分析。首先,實現(xiàn)了固體中數(shù)百萬大規(guī)模多體多域彈性波散射的快速模擬,驗證了所發(fā)展方法的計算精度及效率。其次,夾雜群數(shù)值結(jié)果表明:二維SH波水平入射下,夾雜群上方半空間表面位移放大效應(yīng)更為顯著。特別是低頻段,部分區(qū)域位移幅值達(dá)到5.0。高頻SH波垂直入射下,空洞群和軟夾雜群表現(xiàn)出明顯的屏障效應(yīng),而硬夾雜群上方半空間表面位移放大和縮減區(qū)域會交替出現(xiàn)。全空間中夾雜群對P、SV波的散射同單夾雜情況具有顯著差別,總波場空間分布特征更為復(fù)雜。平面P波入射下,夾雜體對彈性波的散射效應(yīng)隨著入射波頻率的增加而更加顯著。對于ka=1.0,夾雜體內(nèi)外波速比β_/β_0=1/3時,由于夾雜體相互間多次散射的相干效應(yīng),夾雜體表明位移幅值竟達(dá)到2.2。最后,針對含裂紋(群)的山體彈性波二散射問題,在計算精度及效率的驗證的基礎(chǔ)上,分析裂紋群的存在對山體表面位移的影響。平面P波垂直入射下,少量較大尺寸裂紋的存在對山體表面豎向位移總是起屏障作用。而含有大量小尺寸裂紋的山體表面最大豎向位移幅值相對無裂紋存在的山體情況增加約9.7%,說明了裂紋群的存在對山體表明豎向位移有較大影響。另外,值得注意的是,山體表面水平位移最大值總是表現(xiàn)為放大的現(xiàn)象。綜上所述,本文針對大規(guī)模多體多域以及山體裂紋彈性波散射發(fā)展了適合相應(yīng)問題的快速多極間接邊界元法,為復(fù)雜場地地震動的定量分析提供了理論參考依據(jù)。
[Abstract]:In recent years, frequent earthquakes have caused great damage to people's personal and property safety. How to reduce the damage caused by earthquake disasters has become the focus of attention. In real life, man-made underground tunnels, subway stations, pile foundations, coal mining tunnels and various underground pipelines, naturally formed lava, have a significant impact on the response of seismic waves near the surface. Cracks in the mountains caused by caves or disasters, underground faults, etc., will affect the propagation of seismic waves, or cause the earthquake to be magnified or reduced. However, different types of local sites will react differently. The existing codes at home and abroad only point out that buildings and structures should avoid the qualitative provisions of the above uneven sites as far as possible, but do not make specific provisions. In this paper, based on the traditional boundary element method, a fast multipole algorithm is introduced to study the scattering problem of elastic waves in multi-body and multi-domain, in order to realize the quantitative analysis of local uneven ground motion. The fast simulation of millions of large scale multibody and multi-domain elastic wave scattering in solids is realized, and the accuracy and efficiency of the developed method are verified. Secondly, the numerical results of inclusion group show that the two-dimensional SH wave is incident horizontally. The amplification effect of surface displacement above the inclusion group is more remarkable, especially in the low frequency band, the displacement amplitude of some regions reaches 5.0. At the vertical incidence of high frequency SH wave, the cavity group and the soft inclusion group exhibit obvious barrier effect. On the other hand, the displacement amplification and reduction of the surface of the upper half space of the hard inclusions occur alternately. The scattering of the PSV waves by the inclusions in the whole space is obviously different from that in the case of single inclusions, and the spatial distribution of the total wave field is more complicated. Under the incident of plane P wave, the distribution of the total wave field is more complex. The scattering effect of inclusions on elastic waves is more significant with the increase of incident wave frequency. For Ka1. 0. 0. 0. 0 / 3 of the velocity ratio of internal and external waves of inclusions, because of the coherence effect of multiple scattering between inclusions, the displacement amplitude of inclusions is 2.2. Finally, when the velocity ratio of internal and external waves is 尾 / 尾 0 / 0 / 1 / 3, the displacement amplitude of inclusions can reach 2.2. Based on the verification of calculation accuracy and efficiency, the influence of the existence of crack group on the surface displacement of mountain body is analyzed. The existence of a small number of large size cracks always acts as a barrier to the vertical displacement of the mountain surface, while the maximum vertical displacement amplitude of the mountain surface with a large number of small cracks increases by about 9.7% compared with that of the mountain with no crack, indicating that the maximum vertical displacement amplitude of the mountain surface with a large number of small cracks increases by about 9.7%. The existence of crack group has great influence on the vertical displacement of mountain body. It is worth noting that the maximum horizontal displacement of the mountain surface is always shown as an amplification phenomenon. In summary, a fast multipole indirect boundary element method suitable for the corresponding problems is developed for the scattering of elastic waves from large scale multi-body and multi-body cracks. It provides a theoretical reference for quantitative analysis of ground motion in complex sites.
【學(xué)位授予單位】：天津城建大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P315.9

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本文編號：1524060