埋地管道三参量粘弹性边界地震模型及其动力响应研究

摘要

目前,地下工程地震模型边界普遍采用刚性边界和两参数粘弹性边界,一方面,刚性边界完全没有考虑边界上的能量交换;另一方面,两参数粘弹性边界采用的Kelvin固体模型无法描述松弛特性,即不能描述岩土完整的蠕变、松弛、回复的粘弹性特性。首先,从无限域岩土介质中截取土-结构的有限模型,并在截面的边界节点上施加Kelvin-Voigt固体元件,建立三参量粘弹性人工边界,并推导了边界的法向和切向等效参数。然后,利用有限元模拟了Lamb表面源问题和P波斜入射的波动问题,得到的位移数值解与(近似)理论解吻合良好,验证了三参量粘弹性边界的有效性。最后,针对江油地区的抗震设防要求,使用校正后的EI Centro波作为输入载荷,建立埋地输气管道的三参量粘弹性边界地震模型,研究了地震波输入角和管道埋深对管道动态响应的影响,获得了埋地管道关键位置的动力学响应规律。提供的方法和获得的数据对埋地输气管道的抗震设计、施工和安全运营具有参考价值。