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地震波动谱元法数值模拟研究进展
1
作者
邢浩洁
李鸿晶
南锐锐
《地震学报》
北大核心
2025年第3期297-337,共41页
基于谱元法的地震波动数值模拟已被广泛用于地震震源破裂、大规模地震波传播、区域复杂场地及工程结构(群)地震反应、地震层析成像等重要问题的研究及应用当中,是目前地震工程学、地震学和地球物理学等地震科技领域共同关注的前沿热点...
基于谱元法的地震波动数值模拟已被广泛用于地震震源破裂、大规模地震波传播、区域复杂场地及工程结构(群)地震反应、地震层析成像等重要问题的研究及应用当中,是目前地震工程学、地震学和地球物理学等地震科技领域共同关注的前沿热点技术。早期发展的切比雪夫谱元法(CSEM)和勒让德谱元法(LSEM)更接近谱方法的域分解思路,其形式相对复杂且计算效率较低。目前广泛使用的是一种形式简洁的LSEM,其实施步骤和主要公式已经与有限元法完全一致,仅通过内置的高斯-洛巴托-勒让德(GLL)高精度数值积分保留着与谱方法之间的联系。谱元法的巨大成功不仅源于算法本身的高精度、规整性和灵活性,更是得益于以SPECFEM2D/3D,SPECFEM_GLOBE,SPEED等为代表的开源软件集成了复杂模拟所需的各项关键技术,包括三维复杂介质建模、震源模型数值实现、平面地震波输入、大规模并行计算、全球地震波模拟、伴随方法以及多尺度或不连续方法等。本文全面介绍了CSEM、LSEM、间断伽辽金谱元法(DG-SEM或DGM)、三角形单元谱元法、谱元法精度和稳定性方面的研究或应用进展,并详细阐述了谱元法在我国的发展历程以及我国学者关于谱元法研究与工程应用的学术贡献。谱元法可归属于有限元法范畴,其高阶单元具有优良的精度和稳定性,并能从理论上严格地导出集中质量矩阵。在地震波动领域各种形式的有限差分法和有限元法中,地震学和地球物理学的速度结构反演或震源参数反演对地震波到时、波形等细节比较敏感,通常需采用谱元法或高阶交错网格有限差分法等高精度方法。而地震工程领域主要关注不同工程结构、非线性岩土介质或者流体-固体多场耦合等情形下的力和变形,此时具有丰富单元库的有限元法常常更为有效。最后,考虑到二阶及以上谱单元的性能显著优于一阶有限单元,进一步研究不同地震工程问题的谱元解法具有重要意义,而且随着震源-路径-场地-结构(群)的地震灾害全过程模拟的日益发展,谱元法这种具有灵活单元阶次变化、宽频带模拟精度和高效并行能力的特殊高阶有限元法将会受到越来越多关注。
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关键词
谱元法
地震波传播
强地面运动
基于物理的数值模拟
地震层析成像
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职称材料
基于物理概念的数值模拟在地学中的应用
2
作者
冉启华
楼章华
+1 位作者
苏丹阳
许月萍
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2008年第9期1532-1539,共8页
运用基于物理概念的数值模型Integrated Hydrology Model(InHM)模拟了两种情况下的坡面泥沙运动:(1)只考虑雨滴溅击,(2)考虑雨滴溅击和水流侵蚀,并介绍了基于物理概念的数值模拟方法在地学中的应用前景.模拟结果表明,该数值模拟方法能...
运用基于物理概念的数值模型Integrated Hydrology Model(InHM)模拟了两种情况下的坡面泥沙运动:(1)只考虑雨滴溅击,(2)考虑雨滴溅击和水流侵蚀,并介绍了基于物理概念的数值模拟方法在地学中的应用前景.模拟结果表明,该数值模拟方法能有效模拟地表水文响应与泥沙运动的互动,并对坡面水文响应、泥沙运动的详细时空变化具有很强的捕捉能力.尽管受可用数据限制,基于物理概念的数值模拟还不够完善,但是已经能为泥沙运动、地表侵蚀等相关研究提供良好的基础.
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关键词
基于物理
概念
的数值
模拟
水文响应
泥沙运动
地表侵蚀
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职称材料
降雨移动方向对坡面径流的影响机理
被引量：
6
3
作者
冉启华
富强
+2 位作者
苏丹阳
赵建均
许月萍
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2009年第10期1915-1922,共8页
通过基于物理概念的水文响应数值模拟,研究了降雨移动方向对坡面地表径流的影响机理.模拟中降雨移动速度不变,分别沿模拟坡面轴线向上和向下移动,降雨强度设为恒定值4.0×10-5m/s.通过分析下游出口边界处的流量过程曲线和坡面轴线...
通过基于物理概念的水文响应数值模拟,研究了降雨移动方向对坡面地表径流的影响机理.模拟中降雨移动速度不变,分别沿模拟坡面轴线向上和向下移动,降雨强度设为恒定值4.0×10-5m/s.通过分析下游出口边界处的流量过程曲线和坡面轴线上观测点的压强水头变化,分析降雨移动对坡面径流的影响.结果表明,降雨移动方向主要是改变坡面水文条件、影响坡面水文响应,进而影响地表径流特征.当降雨沿坡面向上游移动时,坡面出口处的流量过程曲线的径流上升更早、径流峰值略低、径流从开始发生至到达峰值所需时间更长、径流整体历时略长;当降雨沿坡面向下游移动时,坡面中部及靠近下游边界部分在降雨开始前就已经饱和,从而影响产流,坡面全部达到饱和的时间更早,坡面下游边界饱和的时间略短.
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关键词
基于物理
概念
的数值
模拟
降雨移动方向
水文响应
产流方式
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职称材料
题名
地震波动谱元法数值模拟研究进展
1
作者
邢浩洁
李鸿晶
南锐锐
机构
中国地震局地球物理研究所
南京工业大学工程力学研究所
出处
《地震学报》
北大核心
2025年第3期297-337,共41页
基金
国家自然科学基金(52208508,52378519)
中国地震局地球物理研究基本科研业务费专项(DQJB22B22,DQJB23R27)联合资助。
文摘
基于谱元法的地震波动数值模拟已被广泛用于地震震源破裂、大规模地震波传播、区域复杂场地及工程结构(群)地震反应、地震层析成像等重要问题的研究及应用当中,是目前地震工程学、地震学和地球物理学等地震科技领域共同关注的前沿热点技术。早期发展的切比雪夫谱元法(CSEM)和勒让德谱元法(LSEM)更接近谱方法的域分解思路,其形式相对复杂且计算效率较低。目前广泛使用的是一种形式简洁的LSEM,其实施步骤和主要公式已经与有限元法完全一致,仅通过内置的高斯-洛巴托-勒让德(GLL)高精度数值积分保留着与谱方法之间的联系。谱元法的巨大成功不仅源于算法本身的高精度、规整性和灵活性,更是得益于以SPECFEM2D/3D,SPECFEM_GLOBE,SPEED等为代表的开源软件集成了复杂模拟所需的各项关键技术,包括三维复杂介质建模、震源模型数值实现、平面地震波输入、大规模并行计算、全球地震波模拟、伴随方法以及多尺度或不连续方法等。本文全面介绍了CSEM、LSEM、间断伽辽金谱元法(DG-SEM或DGM)、三角形单元谱元法、谱元法精度和稳定性方面的研究或应用进展,并详细阐述了谱元法在我国的发展历程以及我国学者关于谱元法研究与工程应用的学术贡献。谱元法可归属于有限元法范畴,其高阶单元具有优良的精度和稳定性,并能从理论上严格地导出集中质量矩阵。在地震波动领域各种形式的有限差分法和有限元法中,地震学和地球物理学的速度结构反演或震源参数反演对地震波到时、波形等细节比较敏感,通常需采用谱元法或高阶交错网格有限差分法等高精度方法。而地震工程领域主要关注不同工程结构、非线性岩土介质或者流体-固体多场耦合等情形下的力和变形,此时具有丰富单元库的有限元法常常更为有效。最后,考虑到二阶及以上谱单元的性能显著优于一阶有限单元,进一步研究不同地震工程问题的谱元解法具有重要意义,而且随着震源-路径-场地-结构(群)的地震灾害全过程模拟的日益发展,谱元法这种具有灵活单元阶次变化、宽频带模拟精度和高效并行能力的特殊高阶有限元法将会受到越来越多关注。
关键词
谱元法
地震波传播
强地面运动
基于物理的数值模拟
地震层析成像
Keywords
spectral element method
seismic wave propagation
strong ground motion
physics-based numerical simulation
seismic tomography
分类号
P315.9 [天文地球—地震学]
P315.2 [天文地球—地震学]
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职称材料
题名
基于物理概念的数值模拟在地学中的应用
2
作者
冉启华
楼章华
苏丹阳
许月萍
机构
浙江大学水文与水资源研究所
出处
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2008年第9期1532-1539,共8页
基金
浙江大学"紫金计划"资助项目
清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室开放基金资助项目(Sklhse-2006-B-01)
文摘
运用基于物理概念的数值模型Integrated Hydrology Model(InHM)模拟了两种情况下的坡面泥沙运动:(1)只考虑雨滴溅击,(2)考虑雨滴溅击和水流侵蚀,并介绍了基于物理概念的数值模拟方法在地学中的应用前景.模拟结果表明,该数值模拟方法能有效模拟地表水文响应与泥沙运动的互动,并对坡面水文响应、泥沙运动的详细时空变化具有很强的捕捉能力.尽管受可用数据限制,基于物理概念的数值模拟还不够完善,但是已经能为泥沙运动、地表侵蚀等相关研究提供良好的基础.
关键词
基于物理
概念
的数值
模拟
水文响应
泥沙运动
地表侵蚀
Keywords
physics-based numerical simulation
hydrologic response
sediment transport
surface erosion
分类号
P5 [天文地球—地质学]
TE319 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
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职称材料
题名
降雨移动方向对坡面径流的影响机理
被引量：
6
3
作者
冉启华
富强
苏丹阳
赵建均
许月萍
机构
浙江大学水文与水资源研究所
南京水利水电科学研究院
出处
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2009年第10期1915-1922,共8页
基金
国家自然科学基金资助项目(40801011)
科技部'973'计划资助项目(2007CB714100)
文摘
通过基于物理概念的水文响应数值模拟,研究了降雨移动方向对坡面地表径流的影响机理.模拟中降雨移动速度不变,分别沿模拟坡面轴线向上和向下移动,降雨强度设为恒定值4.0×10-5m/s.通过分析下游出口边界处的流量过程曲线和坡面轴线上观测点的压强水头变化,分析降雨移动对坡面径流的影响.结果表明,降雨移动方向主要是改变坡面水文条件、影响坡面水文响应,进而影响地表径流特征.当降雨沿坡面向上游移动时,坡面出口处的流量过程曲线的径流上升更早、径流峰值略低、径流从开始发生至到达峰值所需时间更长、径流整体历时略长;当降雨沿坡面向下游移动时,坡面中部及靠近下游边界部分在降雨开始前就已经饱和,从而影响产流,坡面全部达到饱和的时间更早,坡面下游边界饱和的时间略短.
关键词
基于物理
概念
的数值
模拟
降雨移动方向
水文响应
产流方式
Keywords
physics-based numerical simulation
rainfall-movement direction
hydrologic response
runoff generation
分类号
S157.1 [农业科学—土壤学]
O642.43 [理学—物理化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
地震波动谱元法数值模拟研究进展
邢浩洁
李鸿晶
南锐锐
《地震学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于物理概念的数值模拟在地学中的应用
冉启华
楼章华
苏丹阳
许月萍
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2008
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
降雨移动方向对坡面径流的影响机理
冉启华
富强
苏丹阳
赵建均
许月萍
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2009
6
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职称材料
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