• 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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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-23
  • 刊出日期:  2019-06-01

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