层状半空间中洞室对瑞雷波的放大作用

摘要

研究波在层状场地中的传播，在理论和实际工程中均有十分重要的意义。Wolf在其著作《土与结构动力相互作用》一书中，通过建立单向弹性土层和半空间的精确动力刚度矩阵，以及线性分布荷载作用于与水平向有夹角的倾斜直线上时的动力Green函数，形成了解决层状弹性场地动力响应以及土-结构动力相互作用等问题较完整的理论，为利用间接边界元法计算场地中任意形状洞室对地震波的散射奠定了基础。梁建文、尤红兵等运用该理论解决了层状场地中含有洞室情况下，场地对体波的放大作用问题。如何应用该理论求解层状场地中洞室对瑞雷波的放大作用将是本课题着重解决的问题。 利用直接刚度法对层状场地平面内运动自由场反应进行了系统研究。分别给出了半空间、半空间上单一土层及半空间上多层土三种场地条件下瑞雷波的频散与衰减特性曲线，以及P波、SV波、瑞雷波的场地放大效应曲线。 重新推导了层状场地中线性分布荷载作用于与水平向有夹角的倾斜直线上时的动力Green函数，解决了利用间接边界元法计算层状场地中局部地形对地震波散射以及土-结构相互作用中的关键问题。 利用间接边界元法，研究并讨论了单向层状半空间和均匀半空间中含单个及两个洞室情况下入射瑞雷波场地放大作用的显著差别及原因，并指出了利用层状模型研究的必要性及合理性。本文方法可用于洞室等一类地下工程的动力分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究现状及存在问题

1.2.1层状土中地震波的传播

1.2.2土的动力格林函数

1.2.3地下孔洞对入射地震波的散射

1.2.4土与结构相互作用

1.3本文的研究内容和方法

第二章土层单元及半空间平面内运动的动力刚度矩阵

2.1直角坐标系的三维波动方程

2.1.1以体积应变和旋转应变表达的运动方程

2.1.2 P波

2.1.3 S波

2.1.4材料阻尼

2.1.5总运动

2.2平面内运动的动力刚度矩阵

2.2.1波的类型

2.2.2土层及半空间的动力刚度矩阵

2.2.3几种特例

第三章P波、SV波及瑞雷波的自由场反应

3.1基础知识简介

3.1.1控制点的位置

3.1.2场地的动力刚度矩阵

3.1.3体波的场地放大效应

3.1.4表面波

3.1.5放大效应

3.1.6视速度和衰减系数

3.2半空间自由场反应

3.2.1 P波

3.2.2 SV波

3.2.3瑞雷波

3.3半空间上单一土层自由场反应

3.3.1 P、SV波

3.3.2瑞雷波

3.4 P波、SV波平面内运动参数分析

3.4.1半空间入射P波

3.4.2半空间入射SV波

3.4.3半空间上刚度增长场地入射P波

3.4.4半空间上刚度增长场地入射SV波

3.4.5半空间上刚度增长场地入射P波和SV波的共同作用

3.4.6半空间上单一匀质土层入射P波

3.4.7半空间上单一匀质土层入射SV波

3.4.8半空间上单一匀质土层入射P波和SV波的共同作用

3.5瑞雷波平面内运动参数分析

3.5.1场地Ⅰ入射瑞雷波

3.5.2场地Ⅱ入射瑞雷波

3.5.3场地Ⅲ入射瑞雷波

第四章格林影响函数及边界条件

4.1格林影响函数

4.2边界条件

第五章层状半空间中洞室对瑞雷波的放大作用算例分析

5.1单个洞室对瑞雷波的放大作用

5.1.1场地Ⅰ对瑞雷波的放大作用

5.1.2场地Ⅱ对瑞雷波的放大作用

5.1.3场地Ⅲ对瑞雷波的放大作用

5.2双洞室对瑞雷波的放大作用

5.2.1场地Ⅰ对瑞雷波的放大作用

5.2.2场地Ⅱ对瑞雷波的放大作用

5.2.3场地Ⅲ对瑞雷波的放大作用

5.3方法验证

第六章结论与建议

6.1结论

6.1.1场地条件对瑞雷波场地放大效应的影响

6.1.2无量纲频率对瑞雷波场地放大效应的影响

6.1.3两洞室间距对瑞雷波场地放大效应的影响

6.1.4其他因素对场地放大效应的影响

6.2建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢