层状场地考虑桩-土作用的矮桥墩谐波响应分析

根据传递法思想,利用矮桥墩以剪切变形为主的特点,结合桩一土作用等效原理,推导了层状场地及矮桥墩结构的传递计算公式,给出了在层状场地中基岩输入谐振波情况下矮桥墩的动力响应分析计算过程,解决了层状场地中矮桥墩动力响应的分析计算问题。由于地震波可以用谐振波的组合进行解析,因而为解决层状场地中矮桥墩的抗震分析及计算提供了一种新方法。     

土-结构共同作用体系的扭转分析

本文对土-基础-非对称结构共同作用体系在斜入射SH波作用下的扭转动力响应进行了研究。从波动理论出发,导出了半空间表面矩形基础位移和力场之间的影响函数阵及表面矩形地基的动力柔度函数和在斜入射SH波作用时刚性矩形基础的输入运动表达式;同时建立了共同作用体系的运动方程。最后讨论了斜入射SH波作用下矩形基础和地基共同作用的动力特性。结果表明,非垂直入射SH波作用时响应显著地不同于通常假设的垂直入射波时的响应,由非垂直入射SH波引起的扭转响应应予以考虑。     

桩-承台竖向强迫振动试验和分析

采用横观各向同性 (TI)层状弹性模型来模拟半空间上的层状场地 ,计算中忽略土体水平位移对竖向位移的影响 .用常系数阻尼器代替半空间 ,以吸收上部场地传至下边界的振动能量 .利用薄层元素法和子结构法建立运动方程 .在推导过程中 ,先利用格林公式算得自由场地刚度矩阵 ,再与桩单元刚度矩阵拼装得到桩的竖向总刚度矩阵 ,在此基础上推出单桩 -承台及双桩 -承台体系在垂直简谐荷载作用下的阻抗函数 ,其中双桩的阻抗函数考虑了桩 -土 -桩的动力相互作用的影响 .利用牛顿第二定律推导出这 2种体系在竖向强迫振动下的响应公式 .利用某次桩基动力试验所得的土参数和激振器数据 ,分别计算出这 2种体系的第一共振频率及频响曲线 ,并将计算结果与试验结果进行比较 .     

考虑基岩影响的场地自振特性

建筑物与工程场地之间发生共振效应,是产生震害的一个主要原因。为了使建筑物避免与场地发生共振,开展工程场地自振特性的研究是非常必要的。但是,目前对场地自振特性研究普遍将下卧层基岩视为绝对刚性体,忽略场地土体与其下卧基岩之间的相互作用,这一假设与实际情况并不相符。为此,本文提出一种可以考虑基岩影响的计算场地自振周期方法。该方法假定场地基岩为无限大半空间弹性体,将不同周期简谐波作为从基岩入射至土层中的地震波,应用界面子波方法计算地面地震反应,根据最大反应值与谐波周期组成的反应谱确定场地自振周期。为了区别于地震工程中单自由度体系的地震反应谱法,本文称此计算方法为谐波激励谱法。应用此方法计算了某工程场地的自振周期,所得计算结果与文献资料非常吻合,据此验证了此方法的正确性。在此基础上,通过改变基岩波阻抗参数,计算得到考虑基岩影响的场地自振周期,研究了基岩对场地自振特性的影响。研究表明,尽管基岩变形性质不会影响场地自振周期的取值,但是却增大了其影响范围,对设计建筑物避让场地自振周期带来不利的影响。     

明置基础高层建筑风振时层状半空间地基材料阻尼比的研究

利用层状半空间地基上明置基础阻抗函数的简化计算公式,研究了明置基础高层建筑在动力风荷载作用下地基土材料阻尼比的取值范围。计算分析表明风振时层状场地地基土的材料阻尼比很小。一般不超过3％。因此,土一结构相互作用对高层建筑风振响应并不一定有利。对有明置基础的弯剪型钢筋混凝土框架剪力墙高层建筑结构,分别采用粘弹性均质半空间地基模型和层状半空间锥体地基模型,进行了风振响应分析,并将结果进行了对比。结果表明：采用层状半空间锥体地基模型时,一般考虑7层土介质已经可以基本满足要求;选用层状半空间锥体地基模型,结果较精确,但计算量大,而选用粘弹性均质半空间地基模型。偏于保守,但计算简便,精度可以满足工程实际的需要。     

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.     

SH波倾斜入射时土层的非线性响应分析

建立了层状关空间当ＳＨ波倾斜入射时的非线响应分析模型，并采用特征线法进行数值求解，数值分析结果表明，地震波入射角对地表加速度放大倍数有明显的影响。     

地下结构瞬态响应分析的积分方程法(Ⅱ)——多层结构及SH波计算

本文用积方分程法计算了多层结构对应力波的瞬态响应,并导出了方程系数的平移关系和对称关系,简化了计算工作,此外文章给出了SH波传播的计算公式。     

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明:SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

内部作用集中力双层地基位移和应力场

利用Muki提出的半无限弹性体的基本解，根据土层表面的边界条件和各土层分界处的应力和位移连续条件，并进行相应的Hankel数值逆变换，得到内部作用在任意轴对称荷载的两层地基的位移和应力计算公式.通过改变参数进行了大量的数值计算.数值计算结果表明，本文研究结果与以往文献中的研究结果一致.这说明本文的公式推导和程序实现都是正确和可靠的.上述研究结果对实际工程具有重要的意义，可以应用于层状地基的桩基沉降计算.     

形状不规则筏基在SH波下的动力响应研究

采用薄层元素法,建立了土筏板基础动力相互作用分析模型,并研究了形状不规则筏板基础在倾斜SH波作用下的动力响应.对平面形状为"L"形和"C"形的刚性筏板基础的动力响应进行了比较分析,结果表明:在倾斜SH波作用下,在一定的频率范围内,随着其入射角的增大以及其频率的增大,基础的水平响应减小,同时还会产生扭转响应.基础的不规则对其水平响应产生较大的影响,由于缺口位置的不同,"L"形基础与"C"形基础表现出不同的变化趋势.基础的不规则对其扭转响应在低频区域的影响较小,而对"C"形基础在高频区域的影响较大.     

深覆盖土层地震反应分析中的若干问题

以上海地区土层地震反应分析为例,讨论了深覆盖土层地震反应分析中的几个典型问题.如土层下卧缓倾角基岩面的影响,土层中假想基岩面的合理性问题,基岩波速对土层地震反应的影响,以及土介质动力特性的影响等.通过数值计算,得出了以下主要结论:下卧基岩面不大于2°的缓倾角影响可以忽略不计,假想基岩面会带来很大的计算误差,坚硬基岩的弹性对土层地震反应的影响很有限,应重视工程场地土介质动力特性参数的现场勘测.     

P1波在饱和土层和建筑基础界面的反射与透射

考虑了土颗粒、孔隙流体的压缩性及孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用,采用修改的Biot模型分析入射P1波在饱和土体和建筑基础界面的反射与透射,得到了反射系数与透射系数的一般计算式,并对反射系数、透射系数随入射角、频率的变化规律进行了数值模拟.结果表明,入射角是影响反射和透射系数的主要因素.     

各向异性固体层的声反射和透射谱

考虑到由流体斜入射到各向异性固体时超声波模式转换的一般情况 ,研究了浸没于流体中一般各向异性固体层状材料的声反射和透射问题 ,给出了问题的求解方法 ,得到各向异性固体层的声反射和透射系数是介质参数 ,固体层取向和厚度 ,入射角及入射波频率的函数 ,给出了从流体斜入射到正交复合材料板上的声反射和透射谱的数值解例     

格林函数在横观各向同性层状地基沉降中的应用

利用薄层元素法得出横观向同性层状地基在内、外部荷载作用下的位移格林函数,在此基础上,分析了各向同性及横观各向同性层状地基不同荷载作用下沉降的差异,在工程设计中具有一定的意义。     

平面SH波入射下深埋圆形组合衬砌洞室的动力反应分析

利用波函数展开法,研究平面SH波入射下,深埋圆形组合衬砌洞室的动力反应问题.利用得到的级数解和数学应用软件MathCAD编写计算机程序,讨论了入射波频率、组合衬砌结构的厚度比、弹性模量、泊松比、密度等因素对围岩和衬砌结构动应力集中系数的影响.结果表明组合衬砌确实能有效地发挥围岩的自承能力,降低衬砌结构的动应力集中,且在低频入射时效果显著.     

任意入射电磁波在不均匀等离子体的传播

用两点边值问题的方法,数值求解了任意入射角的平面电磁波在任意极化方向的任意平面分层不均匀等离子体中的反射与透射;通过建立任意分层介质的物理模型,给出了电磁波的统治方程;在假设电场垂直与平行于入射面的2种条件下,运用IMSL的子程序BVPFD计算给出了数值结果.数值结果显示:当归一化频率小于1.3时,大部分反射,小部分透射;而当归一化频率大于1.3时,则小部分反射,大部分透射.     

Analytical and experimental study on wave propagation problems in orthotropic media

Wave propagation problems in orthotropic media are studied jointly by analytical and experimental methods in this paper. Dynamic orthotropic photoelasticity, which studies experimentally the dynamic behavior of orthotropic materials on a macroscopic scale by employing orthotropic birefringent materials, is established. A dynamic stress-optic law for orthotropic birefringent materials is postulated and practical methods of calibrating dynamic mechanical constants and dynamic stress-fringe values are proposed. Meanwhile, time domain boundary element method (BEM) for wave propagation in orthotropic media, is also presented based on the theory of elastodynamics. A scheme of stress calculations that is necessary for strength analysis is established. The paper stresses on the applications in wave propagation problems in orthotropic media by demonstrating three examples. The semi-infinite orthotropic plates with and without a circular hole modeled by a unidirectional fiber-reinforced composite under impact loading are analyzed. Time histories of birefringent fringe orders or stresses for specific points of the plates are obtained respectively from the two methods and compared with each other. Based on the above comparative study, the dynamic response of an underground workshop under seismic waves is studied by time domain BEM. The responses of displacements and stresses are solved. The effects of angle and frequency of incident waves and the degree of media anisotropy on dynamic response of the underground workshop are investigated.     

垂直发育裂隙介质中PP波扰动法近似反射系数研究

为了实现裂隙介质中的地震AVO(amplitude variation with offset)反演,基于Christoffel方程和边界条件,推导了EDA介质中PP波、PS1波、PS2波精确反射系数表达式,并采用扰动法推导了极端弱各向异性介质中PP波的近似反射系数,通过弹性系数简化得到HTI、裂隙EDA介质中PP波的近似反射系数。模型计算结果表明:在弱各向异性条件下,HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的近似反射系数公式计算精度较高,相对误差在4%以内;当裂隙介质在弱各向异性(各向异性系数0.1)的情况下,当入射角在40°以内时,PP波近似反射系数与精确反射系数的绝对误差在10~(-4)以内,相对误差小于4%,但随着入射角的加大其计算误差有所增加。对各向异性较强烈(各向异性系数达到0.2)的裂隙介质,当入射角相对较小时(小于45°时),裂隙介质中PP波近似反射系数计算式对于强各向异性的介质仍然成立。通过对反射系数的近似研究,可以将裂隙介质中反射系数的非线性问题转为线性问题,进而利用这些特性进行参数反演,有利于提高反演速度。     

倏逝波及其能流密度研究

全反射的倏逝波具有特殊的性质和重要的应用。针对现有能量流动特点研究都略显简单或缺乏系统性的问题,应用电磁场理论,推导了线偏振光全反射时倏逝波的电场强度、磁场强度、能流密度和平均能流密度数学表达式;通过数值计算,分析了倏逝波平均能流密度大小及方向与入射角、入射光矢量方向之间的关系。得出以下主要结论:一般情况下,倏逝波的能量流动不仅被限制在介质分界面处的一个薄层内,平均能流密度的大小与入射角有关,而且平均能流密度的方向与入射面有一定夹角;只有当入射光矢量平行或垂直于入射面时,倏逝波的平均能流密度方向才平行于入射面。