• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

Rayleigh波场的数值模拟及其应用

白建方 马立龙

白建方, 马立龙. Rayleigh波场的数值模拟及其应用[J]. 震灾防御技术, 2019, 14(2): 328-340. doi: 10.11899/zzfy20190207
引用本文: 白建方, 马立龙. Rayleigh波场的数值模拟及其应用[J]. 震灾防御技术, 2019, 14(2): 328-340. doi: 10.11899/zzfy20190207
Bai Jianfang, Ma Lilong. Numerical Modeling Techniques of Rayleigh Wave Field and Its Application[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2019, 14(2): 328-340. doi: 10.11899/zzfy20190207
Citation: Bai Jianfang, Ma Lilong. Numerical Modeling Techniques of Rayleigh Wave Field and Its Application[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2019, 14(2): 328-340. doi: 10.11899/zzfy20190207

Rayleigh波场的数值模拟及其应用

doi: 10.11899/zzfy20190207
基金项目: 河北省大型基础设施防灾减灾协同创新中心项目,河北省重点学科建设项目(桥梁与隧道工程)
详细信息
    作者简介:

    白建方, 男, 生于1976年。讲师。主要从事工程系统抗震方面的研究。E-mail:bjf2004@126.com

Numerical Modeling Techniques of Rayleigh Wave Field and Its Application

  • 摘要: 本文总结了Rayleigh波场数值模拟的4种思路和各自特点,根据Lamb问题的理论分析成果提出了基于地表激振的Rayleigh波场数值模拟技术,论述了地表集中震源作用下引起地表波动场的特点及主要影响因素。在此基础上,利用Plaxis 2D有限元软件实现了Rayleigh波场的数值模拟,并结合算例验证了所提方法的可行性和结果的合理性。最后,针对多层建筑结构,研究了不同地震动输入模式下结构动力反应的特点。结果表明,Rayleigh波作用下结构的动力反应特性明显区别于在底部输入剪切波时的结果,不同地震动输入模式对结构的振动形态和破坏模式有着明显的影响。
  • 图  1  Rayleigh波场数值模拟的有限元网格划分

    Figure  1.  The finite element model for Rayleigh wave field simulation

    图  2  不同时段有限元网格变形示意图

    Figure  2.  Illustration of deformation of finite element nets in different time domains

    图  3  地表不同位置处质点运动轨迹

    Figure  3.  Movement curve at different locations

    图  4  地表C处质点运动轨迹

    Figure  4.  Movement curve at point C

    图  5  地表C处质点不同方向位移时程

    Figure  5.  The displacement time histories at point C

    图  6  含建筑结构的场地有限元模型

    Figure  6.  The finite element model for soil-structure interaction analysis

    图  7  Rayleigh波作用下不同时刻建筑物的振动形态

    Figure  7.  Deformation diagram by finite element model under Rayleigh wave

    图  8  Rayleigh波作用下建筑物顶层两侧角点的水平和竖向位移时程

    Figure  8.  The displacement time histories in horizontal and vertical at the top of building under Rayleigh wave

    图  9  剪切波作用下不同时刻建筑物的振动形态

    Figure  9.  Deformation diagram by finite element model under shear wave

    图  10  剪切波作用下建筑物顶层两侧角点的水平和竖向位移时程

    Figure  10.  The displacement time histories in horizontal and vertical at the top of building under shear wave

    图  11  剪切波与Rayleigh波联合作用下建筑物顶层两侧角点的水平和竖向位移时程

    Figure  11.  The displacement time histories in horizontal and vertical at the top of building under Rayleigh and shear wave

    表  1  Plaxis 2D中土层材料参数

    Table  1.   Soil material parameters in the Plaxis 2D

    材料模型 饱和重度 弹性模量 泊松比
    线弹性 20kN/m3 5×104kN/m2 0.3
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    表  2  Plaxis 2D中振动基础材料参数

    Table  2.   Foundation material parameters in the Plaxis 2D

    材料模型 重度 弹性模量 泊松比 轴向刚度
    线弹性,各向同性 5kN/m3 2.4×104kN/m2 0.2 7.6×106kN
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    表  3  建筑物材料属性(板单元)

    Table  3.   The material parameters of the building

    材料类型 轴向刚度 抗弯刚度 重度 泊松比
    上部结构:线弹性,各向同性 9.6×106kN 6.75×104kN·m2 10kN/m3 0.2
    地下室:线弹性,各向同性 1.2×107kN 1.6×105kN·m2 20kN/m3 0.2
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    表  4  点对点锚杆材料属性

    Table  4.   The material parameters of the central pillar

    材料类型 轴向刚度 平面外间距
    线弹性 2.5×106kN 3.0m
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  • 巴振宁, 梁建文, 2014.瑞雷波斜入射下层状半空间中沉积谷地周围的三维散射研究.地震学报, 36(4):571-583. doi: 10.3969/j.issn.0253-3782.2014.04.004
    崔杰, 张为, 张建国, 2008.Rayleigh波对浅地表地基震害的影响.华南地震, 28(2):10-18. doi: 10.3969/j.issn.1001-8662.2008.02.003
    高广运, 1998.非连续屏障地面隔振理论与应用.杭州: 浙江大学.
    梁建文, 魏新磊, Lee V.W., 2009.圆弧形沉积谷地对Rayleigh波三维散射解析解.天津大学学报, 42(1):24-34. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tianjdxxb200901005
    刘广裕, 刘凯欣, 2007.区域脉冲载荷下二维Lamb问题的精确求解.固体力学学报, 28(4):341-346. doi: 10.3969/j.issn.0254-7805.2007.04.003
    刘晶波, 李彬, 2006.Rayleigh波作用下地下结构的动力反应分析.工程力学, 23(10):132-135, 131. doi: 10.3969/j.issn.1000-4750.2006.10.025
    刘晶波, 谭辉, 宝鑫等, 2018.土-结构动力相互作用分析中基于人工边界子结构的地震波动输入方法.力学学报, 50(1):32-43. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxxb201801004
    刘凯欣, 刘广裕, 2004.垂直点源问题的一个精确解.科学通报, 49(5):419-423. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2004.05.003
    刘志祥, 张海清, 2017.PLAXIS 2D基础教程.北京:机械工业出版社.
    罗超, 2017.河谷地形及土-结构相互作用对大跨度桥梁地震反应的影响.上海:同济大学, 78-94.
    萨瓦林斯基, 1981.地震波.段星北, 译.北京: 科学出版社.
    佘德平, 2004.波场数值模拟技术.勘探地球物理进展, 27(1):16-21. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ktdqwljz200401003
    施有志, 林树枝, 赵花丽, 2017a.瑞利阻尼参数对瑞利波作用下场地动力响应的影响.人民长江, 48(3):76-80. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rmcj201703016
    施有志, 孙爱琴, 林树枝等, 2017b.Rayleigh波作用下地下综合管廊动力响应三维数值分析.世界地震工程, 33(4):196-210. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=sjdzgc201704023
    苏传行, 2017.二维起伏地形瑞利面波数值模拟研究, 成都: 西南交通大学, 18-22.
    王朝令, 刘争平, 2012.黏弹性边界条件在ANSYS有限元波场模拟中的实现.大地测量与地球动力学, 32(2):28-31. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dkxbydz201202007
    王朝令, 刘争平, 黄云艳等, 2014.隧道地震预报波场的有限元数值模拟.吉林大学学报(地球科学版), 44(4):1369-1381. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/cckjdxxb201404032
    王贻荪, 1979.关于拉姆问题的精确解.湖南大学学报, 6(1):61-76. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HNDX197901004.htm
    王贻荪, 1980.半无限体表面在竖向集中谐和力作用下表面竖向位移的精确解.力学学报, 12(4):386-391. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXXB198004007.htm
    王贻荪, 1982.地面波动分析若干问题.建筑结构学报, 3(2):56-67.
    吴世明, 1997.土介质中的波.北京:科学出版社.
    杨桂通, 张善元, 1988.弹性动力学.北京:中国铁道出版社.
    杨先健, 徐建, 张翠红, 2013.土-基础的振动与隔振.北京:中国建筑工业出版社.
    于文福, 2017.点源横向非均匀介质瑞利面波波场数值模拟研究.成都:西南交通大学, 66-72. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y3324494
    岳庆霞, 李杰, 2008.近似Rayleigh地震波作用下地下综合管廊响应分析.防灾减灾工程学报, 28(4):409-416. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzxk200804002
    Brinkgreve R. B. J., Kumarswamy S., Swolfs, W. M., 2016. PLAXIS 2D reference manual. Delft, The Netherlands: PLAXIS BV, 286-290.
    Kontoe S., Zdravkovic L., Potts D. M., 2009. An assessment of the domain reduction method as an advanced boundary condition and some pitfalls in the use of conventional absorbing boundaries. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 33(3):309-330. doi: 10.1002/nag.v33:3
    Lamb H., 1904. On the propagation of tremors over the surface of an elastic solid. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character, 203:1-42. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=J-STAGE_2074456
    Woods R. D., 1968. Screening of surface waves in soils. Journal of Soil Mechanics and Foundations Division ASCE, 94(SM4):951-979. http://cn.bing.com/academic/profile?id=ede895a4b0901f507fc3cb2dde44587d&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    Yu W. F., Liu Z. P., 2015. A numerical study of the Rayleigh wave particle motions excited by a point source and Poisson's ratio for lateral inhomogeneous half-spaces. Journal of Applied Geophysics, 123:242-255. doi: 10.1016/j.jappgeo.2015.09.009
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-23
  • 刊出日期:  2019-06-01

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