基于快速边界元法的多体多域弹性波散射模拟及其应用研究
本文关键词: 夹杂群 山体裂纹 大规模弹性波散射 快速多极间接边界元法 出处:《天津城建大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:近年来,地震频发,给人们的人身及财产安全造成了巨大损害,如何减少地震灾害带来的伤害成了人们关注的焦点。而局部场地作为影响地震动的三大要素之一,对地震波在近地表的反应有有着重大的影响。现实生活中,人为修建的地下隧道、地铁车站、桩基、采煤井道以及各类地下管线,天然形成的熔岩、溶洞或者灾害导致的山体裂纹、地下断层等都将影响地震波的传播,或使得地震作用放大,或缩小,但不同的局部场地类型则会出现不同的反应。国内外现有规范仅仅指出建筑物、构筑物等要尽量避开上述不均匀场地的定性规定,而并未做出具体规定。针对上述问题,本文在传统边界元法的基础上,引进快速多极算法,针对多体多域弹性波散射问题进行研究,以期实现局部不均匀场地地震动的定量分析。首先,实现了固体中数百万大规模多体多域弹性波散射的快速模拟,验证了所发展方法的计算精度及效率。其次,夹杂群数值结果表明:二维SH波水平入射下,夹杂群上方半空间表面位移放大效应更为显著。特别是低频段,部分区域位移幅值达到5.0。高频SH波垂直入射下,空洞群和软夹杂群表现出明显的屏障效应,而硬夹杂群上方半空间表面位移放大和缩减区域会交替出现。全空间中夹杂群对P、SV波的散射同单夹杂情况具有显著差别,总波场空间分布特征更为复杂。平面P波入射下,夹杂体对弹性波的散射效应随着入射波频率的增加而更加显著。对于ka=1.0,夹杂体内外波速比β_/β_0=1/3时,由于夹杂体相互间多次散射的相干效应,夹杂体表明位移幅值竟达到2.2。最后,针对含裂纹(群)的山体弹性波二散射问题,在计算精度及效率的验证的基础上,分析裂纹群的存在对山体表面位移的影响。平面P波垂直入射下,少量较大尺寸裂纹的存在对山体表面竖向位移总是起屏障作用。而含有大量小尺寸裂纹的山体表面最大竖向位移幅值相对无裂纹存在的山体情况增加约9.7%,说明了裂纹群的存在对山体表明竖向位移有较大影响。另外,值得注意的是,山体表面水平位移最大值总是表现为放大的现象。综上所述,本文针对大规模多体多域以及山体裂纹弹性波散射发展了适合相应问题的快速多极间接边界元法,为复杂场地地震动的定量分析提供了理论参考依据。
[Abstract]:In recent years, frequent earthquakes have caused great damage to people's personal and property safety. How to reduce the damage caused by earthquake disasters has become the focus of attention. In real life, man-made underground tunnels, subway stations, pile foundations, coal mining tunnels and various underground pipelines, naturally formed lava, have a significant impact on the response of seismic waves near the surface. Cracks in the mountains caused by caves or disasters, underground faults, etc., will affect the propagation of seismic waves, or cause the earthquake to be magnified or reduced. However, different types of local sites will react differently. The existing codes at home and abroad only point out that buildings and structures should avoid the qualitative provisions of the above uneven sites as far as possible, but do not make specific provisions. In this paper, based on the traditional boundary element method, a fast multipole algorithm is introduced to study the scattering problem of elastic waves in multi-body and multi-domain, in order to realize the quantitative analysis of local uneven ground motion. The fast simulation of millions of large scale multibody and multi-domain elastic wave scattering in solids is realized, and the accuracy and efficiency of the developed method are verified. Secondly, the numerical results of inclusion group show that the two-dimensional SH wave is incident horizontally. The amplification effect of surface displacement above the inclusion group is more remarkable, especially in the low frequency band, the displacement amplitude of some regions reaches 5.0. At the vertical incidence of high frequency SH wave, the cavity group and the soft inclusion group exhibit obvious barrier effect. On the other hand, the displacement amplification and reduction of the surface of the upper half space of the hard inclusions occur alternately. The scattering of the PSV waves by the inclusions in the whole space is obviously different from that in the case of single inclusions, and the spatial distribution of the total wave field is more complicated. Under the incident of plane P wave, the distribution of the total wave field is more complex. The scattering effect of inclusions on elastic waves is more significant with the increase of incident wave frequency. For Ka1. 0. 0. 0. 0 / 3 of the velocity ratio of internal and external waves of inclusions, because of the coherence effect of multiple scattering between inclusions, the displacement amplitude of inclusions is 2.2. Finally, when the velocity ratio of internal and external waves is 尾 / 尾 0 / 0 / 1 / 3, the displacement amplitude of inclusions can reach 2.2. Based on the verification of calculation accuracy and efficiency, the influence of the existence of crack group on the surface displacement of mountain body is analyzed. The existence of a small number of large size cracks always acts as a barrier to the vertical displacement of the mountain surface, while the maximum vertical displacement amplitude of the mountain surface with a large number of small cracks increases by about 9.7% compared with that of the mountain with no crack, indicating that the maximum vertical displacement amplitude of the mountain surface with a large number of small cracks increases by about 9.7%. The existence of crack group has great influence on the vertical displacement of mountain body. It is worth noting that the maximum horizontal displacement of the mountain surface is always shown as an amplification phenomenon. In summary, a fast multipole indirect boundary element method suitable for the corresponding problems is developed for the scattering of elastic waves from large scale multi-body and multi-body cracks. It provides a theoretical reference for quantitative analysis of ground motion in complex sites.
【学位授予单位】:天津城建大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P315.9
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 沈惠川;单色弹性波谱的分裂[J];应用数学和力学;1984年04期
2 盖秉政;;弹性波对多个椭圆孔的绕射问题[J];固体力学学报;1985年03期
3 章肖融,干昌明,郑乐奇;用脉冲激光激发弹性波[J];中国激光;1988年04期
4 Ф.М.Болер ,钟晓定;记录由弹性波产生的位移和应力[J];地球物理学进展;1988年Z1期
5 肖忠祥;冯艳平;杨庆珍;刘选朝;;微弱弹性波信息传输方法研究[J];石油仪器;2006年06期
6 李汉江;林晓芳;李建飞;;弹性波技术在公路土石方工程勘察中的试用[J];路基工程;2011年01期
7 廖建平;冯涛;;快速精确的二维频率空间域弹性波数值模拟[J];地球物理学进展;2012年03期
8 陈浩;;弹性波数值模拟系统[J];应用声学;2012年03期
9 ;制导弹性波[J];石油物探译丛;1982年02期
10 盖秉政;弹性波对填充介质腔的绕射[J];力学学报;1984年03期
相关会议论文 前10条
1 吴如山;安芸敬一;;弹性非均匀体的弹性波散射特征[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集(1985)[C];1989年
2 陶智勇;陆振球;谭春虎;;弹性波逆散射微扰论[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
3 吴忠俊;吴昊;杨顶辉;;求解高频弹性波方程的欧式高斯光束方法[A];中国地球物理2013——第二十二专题论文集[C];2013年
4 王华忠;马在田;;三维三分量弹性波分解[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年
5 陈春雷;伍先运;;渗透性地层固体圆柱中弹性波的激发与传播[A];1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集[C];1996年
6 汪鹏程;王妙月;;单分量资料弹性波克希霍夫积分偏移研究[A];1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集[C];1996年
7 谢靖;韩道范;张让;张文生;郭华;贾金义;;弹性波方程组正、反演新算法[A];1993年中国地球物理学会第九届学术年会论文集[C];1993年
8 韩旭;刘桂荣;;基于弹性波的复合材料特性反演[A];复合材料力学现代进展会议论文集扩展摘要[C];2005年
9 刘洪;李幼铭;吴如山;;三维弹性波散射算子的性质与逆散射[A];1991年中国地球物理学会第七届学术年会论文集[C];1991年
10 秦福浩;郭亚曦;王妙月;;弹性波克希霍夫积分偏移法[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集(1988)[C];1989年
相关重要报纸文章 前2条
1 蔡东海;防震新技术:给建筑穿橡胶“隐身衣”[N];陕西科技报;2012年
2 常丽君;物理学家首次演示水波“逆时传播”[N];科技日报;2012年
相关博士学位论文 前1条
1 张再云;弹性波在不同介质中的传播及其稳定性分析[D];中南大学;2011年
相关硕士学位论文 前10条
1 佘建峡;弹性波CT软件设计及其在模型分析中的应用研究[D];长江大学;2015年
2 陈婷;弹性波角道集构建及应用技术研究[D];中国海洋大学;2015年
3 武凤娇;基于快速边界元法的多体多域弹性波散射模拟及其应用研究[D];天津城建大学;2017年
4 郭兴;混凝土对高频弹性波的散射[D];中南大学;2009年
5 韩冰;利用25点有限差分方法对二维弹性波正演模拟[D];中国地质大学(北京);2007年
6 孙海信;小波分析在弹性波顶煤厚度探测信号处理中的应用[D];山东科技大学;2003年
7 李斌;均匀介质弹性波有限元数值模拟方法研究[D];长安大学;2004年
8 张景;二维弹性波方程参数反演方法研究[D];吉林大学;2004年
9 张金莉;岩溶灌浆效果检测中的弹性波CT技术[D];吉林大学;2007年
10 耿嘉楠;小排列弹性波超前探测与行波分离[D];中南大学;2013年
,本文编号:1524060
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/1524060.html