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基于改进四阶辛-谱元的三维宽频带地震动数值模拟方法
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作者 巴振宁 寇阔 +1 位作者 赵靖轩 张郁山 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2192-2208,共17页
基于确定性物理模型的震源-传播-场地全过程地震动模拟是目前地震工程的重要研究方向,然而随着模拟频率的不断提高,对目前数值模拟方法中显式时间积分算法的计算精度和效率提出了双重挑战.文章提出了一种融合四阶PEFRL(position extende... 基于确定性物理模型的震源-传播-场地全过程地震动模拟是目前地震工程的重要研究方向,然而随着模拟频率的不断提高,对目前数值模拟方法中显式时间积分算法的计算精度和效率提出了双重挑战.文章提出了一种融合四阶PEFRL(position extended Forest-Ruth like)辛积分与谱元法(spectral element method,SEM)的三维高效数值模拟方法,旨在突破现有SEM中在宽频带模拟中精度、稳定性和效率上的瓶颈问题.其中,PEFRL算法通过优化传统Forest-Ruth算法的步进策略,将加速度求解次数由5次降至4次,并采用位移-速度交替更新机制,能够有限降低内存需求与计算成本.将提出的方法针对均匀、多层与盆地半空间模型,分别与二阶的Newmark和四阶的Runge-Kutta时间积分算法计算的结果进行对比.数值实验表明,随着模型复杂和模拟频率的上升,改进后的PEFRL-SEM方法精度提升效果愈加显著.针对半空间模型、多层介质模型与盆地模型模拟的时程结果相位相对误差分别降低16.7%,20.7%和21.3%,能量相对误差分别降低20.6%,22.3%和24.7%;针对10 Hz半空间模型模拟工况,相位相对误差和能量相对误差分别降低55.4%和36.3%,计算效率较LDDRK算法最高可提升约33%.进一步,将该方法成功应用于1994年北岭MW6.7地震的三维宽频带(0~10 Hz)地震动模拟,模拟结果与观测记录在振幅及频谱特征上均表现出良好一致性.该方法有效解决了宽频带地震动场模拟的稳定性与计算效率的问题,显著提升了宽频带强地震动场模拟在地震工程领域的实用性,为区域地震危险性分析与工程抗震评估提供了一种高精度、高效率宽频带地震动模拟方法. 展开更多
关键词 谱元法 辛方法 宽频带模拟 确定性地震动模拟 显式时间积分算法
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地铁运行对国家大型地震工程模拟研究设施的振动影响分析 被引量:2
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作者 巴振宁 符瞻远 +2 位作者 韩庆华 梁建文 刘又恺 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期1884-1897,共14页
天津地铁6号线紧邻天津大学北洋园校区,列车运行可能会对学校重要建(构)筑物产生不利振动影响。本文以距该线路较近的天津大学国家大型地震工程模拟研究设施为研究对象,对沿线场地以及设施建(构)筑物进行现场振动测试,研究了振动沿场地... 天津地铁6号线紧邻天津大学北洋园校区,列车运行可能会对学校重要建(构)筑物产生不利振动影响。本文以距该线路较近的天津大学国家大型地震工程模拟研究设施为研究对象,对沿线场地以及设施建(构)筑物进行现场振动测试,研究了振动沿场地的衰减规律和设施建(构)筑物内振动控制点的振动水平;建立了隧道-场地-设施建(构)筑物整体有限元模型,开展了有/无河道(实际存在河道)情况下,场地以及设施建(构)筑物振动仿真模拟分析,着重探讨了河道对场地和设施建(构)筑物的隔振情况。研究表明,由于天津软土场地及河道的影响,场地竖向加速度衰减显著,0~80 m衰减达97.33%;设施的大体积混凝土基础及其底部桩基设计有利于基础自身的振动控制;河道使得场地和设施大型振动台基础的加速度振幅分别降低40.87%和27.97%,场地频谱在0~20 Hz和40~70 Hz区间出现明显的“双峰”现象。 展开更多
关键词 地铁列车 现场振动测试 有限元分析 振动影响
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基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟 被引量:2
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作者 巴振宁 赵靖轩 +1 位作者 桑巧稚 梁建文 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1387-1397,共11页
为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应... 为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。 展开更多
关键词 非线性地震反应 三维沉积盆地 Davidenkov本构模型 谱元法
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层状半空间中典型局部地形地震波散射IBEM结果:2.5D频域位移幅值
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作者 巴振宁 裴义飞 +2 位作者 梁建文 于飞翔 阔晨阳 《震灾防御技术》 北大核心 2025年第2期268-280,共13页
沿轴线方向无限长且截面形状不变的局部地形对地震波的散射,即二维地形的三维散射问题(也称2.5维问题),一直是地震工程领域关注的热点。近年来,笔者利用基于移动斜线荷载动力格林函数的间接边界元法(IBEM)对此问题展开研究,求解了不同... 沿轴线方向无限长且截面形状不变的局部地形对地震波的散射,即二维地形的三维散射问题(也称2.5维问题),一直是地震工程领域关注的热点。近年来,笔者利用基于移动斜线荷载动力格林函数的间接边界元法(IBEM)对此问题展开研究,求解了不同地形的2.5维散射结果。为便于相关研究的对比验证,笔者将二维、2.5维和三维IBEM结果进行了整理与补充。本文为各向同性弹性介质层状半空间中凹陷、凸起和沉积地形对斜入射平面SH波、P波和SV波响应的2.5维频域结果,研究表明,入射波频率、角度和地形几何形状均会对地表位移产生影响。 展开更多
关键词 层状半空间 局部地形 平面波 2.5维散射 间接边界元法
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斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应分析 被引量:1
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作者 韩庆华 王月 +2 位作者 芦燕 李亚明 薛原 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期255-264,共10页
为分析斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应,采用等效节点力实现地震波输入,通过黏弹性人工边界处理无穷远辐射条件,分析了地震波类型、土体参数、入射角度等因素对单层球面网壳结构的土-结构相互作用及其地震响应... 为分析斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应,采用等效节点力实现地震波输入,通过黏弹性人工边界处理无穷远辐射条件,分析了地震波类型、土体参数、入射角度等因素对单层球面网壳结构的土-结构相互作用及其地震响应影响。结果表明:单层球面网壳结构在地震波入射一侧出现翘起,网壳总体沿入射方向发生旋转,当P波斜入射时支座位移差最大达0.514 m,为网壳跨度的1/250。当P波斜入射时,软弱土情况下网壳顶点位移比中硬土和中软土大,顶点位移随入射角增大呈现先增大后减小的趋势;当SV波入射时,中软土情况下网壳顶点位移比中硬土和软弱土大,顶点位移随入射角增大而增大。斜入射地震波下,考虑土-结构相互作用后网壳顶点位移增幅最大达5.5倍,网壳外圈位移增幅大于网壳跨中增幅。 展开更多
关键词 单层球面网壳结构 土-结构相互作用 斜入射P波 斜入射SV波 黏弹性人工边界
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考虑下部结构单层球面网壳的地震动参数与易损性分析
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作者 韩庆华 孙明阳 徐杰 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2024年第3期29-40,共12页
目前大跨空间球面网壳结构的地震动参数研究与易损性分析多关注于上部结构,忽视了下部支承体系对整体结构的影响。为选取适于评估带下部结构肋环斜杆型单层球面网壳响应的地震动参数,以6个不同矢跨比、不同下部结构的单层球面网壳为模型... 目前大跨空间球面网壳结构的地震动参数研究与易损性分析多关注于上部结构,忽视了下部支承体系对整体结构的影响。为选取适于评估带下部结构肋环斜杆型单层球面网壳响应的地震动参数,以6个不同矢跨比、不同下部结构的单层球面网壳为模型,研究下部支承体系对球面网壳动力特性的影响,选取多条三维地震动作为输入对模型进行增量动力分析,从相关性、有效性和充分性三个方面对18个地震动参数进行分析评估。并基于大量算例失效时刻的特征响应,建立了考虑下部结构的单层球面网壳的地震损伤模型。结果表明:有无下部支承对结构基频影响较大,随着下部结构高度的增加,结构基频不断减小,无支承柱结构与带10 m支承柱结构的基频相差高达24%;加速度谱强度、峰值加速度与结构地震响应的相关性、有效性及充分性均优于其它地震动参数,可作为考虑下部结构肋环斜杆型单层球面网壳易损性分析的地震动参数。与此同时,在下部支承结构相同时,矢跨比小的网壳结构抗震性能更好,所致结构倒塌的临界荷载更大;支承高度对网壳抗震性能的影响并非呈线性关系,因此,在结构设计时应合理选取下部支承结构高度。 展开更多
关键词 下部结构 肋环斜杆型 球面网壳 地震动参数 损伤模型 易损性分析
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基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟 被引量:7
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作者 巴振宁 赵靖轩 +2 位作者 张郁山 梁建文 张玉洁 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1125-1138,共14页
基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发... 基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区. 展开更多
关键词 宽频地震动 运动学混合震源模型 确定性物理模型地震动模拟 谱元法
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基于有限断层震源模型的北京地区强地震动模拟——以1679年三河—平谷8级地震为例 被引量:5
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作者 巴振宁 赵靖轩 +2 位作者 梁建文 张郁山 张玉洁 《地震研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期479-488,共10页
采用谱元法在国家超算中心“天河一号”上模拟了1679年三河—平谷8级地震北京地区强地面运动,开发了适用于谱元法模拟的运动学有限断层震源程序,并依据地面GIS高程数据和地下勘探资料建立了含地表起伏的北京地区精细三维速度结构模型,... 采用谱元法在国家超算中心“天河一号”上模拟了1679年三河—平谷8级地震北京地区强地面运动,开发了适用于谱元法模拟的运动学有限断层震源程序,并依据地面GIS高程数据和地下勘探资料建立了含地表起伏的北京地区精细三维速度结构模型,实现了最高频率为2 Hz的确定性物理模拟。对比双侧破裂和2种单侧破裂情况的模拟结果,重点讨论了破裂方式对强地面运动的影响,结果表明:①三河—平谷地区及附近地区近断层效应明显,北京地区峰值速度总体上呈现“南强北弱,东强西弱”的特征,三河—平谷和大厂地区PGA最高可达0.37 g和0.32 g,平谷、三河、大厂等附近区域加速度峰值明显高于其它地区,为震害分布的主要区域;②断层破裂方式显著影响地面运动分布情况,双侧破裂与单侧破裂相比,影响范围广且对北京地区威胁最大,北京中心城区PGA和PGV分别达到0.12 g和1.0 m/s;③断层破裂方式的改变显著影响了观测点速度时程结果,导致观测点震中距发生变化,当震中距减小时观测点速度时程结果对应出现峰值时刻提前、峰值增大以及地震动持时延长的现象,尤其在观测点处存在沉积地形时这一现象则更为明显。 展开更多
关键词 地震动模拟 断层破裂方式 谱元法 运动学断层震源
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考虑材料老化的加高重力坝地震动力响应分析
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作者 崔溦 顾子涵 吴军 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2024年第1期115-127,共13页
混凝土坝的动力响应随着混凝土龄期的增加、性能的退化会发生显著变化,而加高重力坝还受到新老混凝土材料差异的影响。为研究重力坝运行期材料老化和加高重力坝新老混凝土性能差异对地震作用下动力响应特性的影响,以加高的丹江口重力坝... 混凝土坝的动力响应随着混凝土龄期的增加、性能的退化会发生显著变化,而加高重力坝还受到新老混凝土材料差异的影响。为研究重力坝运行期材料老化和加高重力坝新老混凝土性能差异对地震作用下动力响应特性的影响,以加高的丹江口重力坝为例,利用ABAQUS有限元分析软件进行地震动力响应分析。同时,对比加高重力坝、拆除重建重力坝(即材料全新工况)以及按加高高度建造重力坝(即材料全老工况)3种工况下的地震响应情况,分析加高重力坝在地震动力下随着混凝土材料性能老化的坝顶位移、关键点应力和塑性损伤的响应。研究结果表明:随着混凝土材料老化程度增加,加高重力坝坝体的动力响应总体优于材料全老工况,同时劣于材料全新工况;其中坝体损伤呈经老坝折坡处后向新老混凝土结合面向下延伸的趋势。加高重力坝可适应结构变化后的受力和变形,同时兼具损伤破坏指标低、抗滑稳定性系数高的特点,坝体综合抗震性能得到提高。 展开更多
关键词 加高重力坝 材料老化 损伤 地震反应
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水下振动台竖向运动下的兴波数值模拟
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作者 燕翔 李棂繁 +3 位作者 吴晓生 白志刚 臧志鹏 杨涵 《船舶力学》 北大核心 2025年第5期722-731,共10页
水下振动台在运动过程中会引起兴波效应。本文建立并验证具有造波、消波功能并包含水下振动台的数值水槽,基于数值水槽探索水下振动台竖向简谐运动过程中的兴波过程,分析水体速度、动水压强及扰动波各要素的影响,旨在为地震-波流联合试... 水下振动台在运动过程中会引起兴波效应。本文建立并验证具有造波、消波功能并包含水下振动台的数值水槽,基于数值水槽探索水下振动台竖向简谐运动过程中的兴波过程,分析水体速度、动水压强及扰动波各要素的影响,旨在为地震-波流联合试验及水池扰动波消除提供参考。结果表明:振动台中心上方的竖向速度随振动台振幅、台长增大而增大,随振动台周期增大而减小;振动台中心上方的动水压强沿水深呈先减小、再增大的分布规律,其幅值随振动台振幅增大而增大;兴波波高随振动台振幅增大而增大,随水深增大而减小;兴波周期随振动台周期增大而增大;兴波波长随振动台周期、水深增大而增大。 展开更多
关键词 水下振动台 竖向运动 兴波
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层状半空间中典型局部地形地震波散射IBEM结果:二维频域位移幅值 被引量:1
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作者 巴振宁 裴义飞 +2 位作者 梁建文 于飞翔 阔晨阳 《震灾防御技术》 CSCD 北大核心 2024年第4期798-809,共12页
局部地形对地震动影响的本质是不规则体对地震波的散射,目前对此问题的研究仍主要依赖于各类数值方法。近年来,笔者提出了基于层状半空间中均布荷载动力格林函数的间接边界元方法(IBEM),从维度方面已涵盖二维、2.5维和三维,从介质方面... 局部地形对地震动影响的本质是不规则体对地震波的散射,目前对此问题的研究仍主要依赖于各类数值方法。近年来,笔者提出了基于层状半空间中均布荷载动力格林函数的间接边界元方法(IBEM),从维度方面已涵盖二维、2.5维和三维,从介质方面已涵盖各向同性、横观各向同性的弹性和饱和介质,从地形方面包括凹陷、凸起和沉积。广泛验证表明,该方法不仅精度高,而且对复杂几何形状适应性强。为便于其他数值研究的对比验证,笔者将前期研究成果进行整理与补充,给出了各向同性弹性介质中二维凹陷、凸起和沉积对平面SH波、P波和SV波的散射结果。 展开更多
关键词 层状半空间 二维局部地形 平面波 散射 间接边界元法
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2021年漾濞6.4级近断层宽频地震动模拟:一种改进的FK方法 被引量:7
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作者 巴振宁 刘悦 +2 位作者 赵靖轩 张郁山 梁建文 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期709-719,共11页
将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高... 将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高效模拟。方法建立修正动力刚度矩阵法求解理论格林函数,有效解决了一维地壳速度结构传播高频地震波的问题;有限断层面上低频确定性成分及高频随机成分的合理结合,有效解决了断层破裂过程辐射出高频地震波的问题。将方法应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级浅源破坏地震模拟,通过与8个台站(涵盖了近场、中场和远场)强震记录及相应反应谱的比较显示,模拟结果与强震记录的波形、持时、幅值均吻合良好,与反应谱在各频段上均表现良好的一致性,很好地验证了该方法及模型的适用性及模拟频率带宽的可靠性。最后,模拟了漾濞地区100 km×100 km范围内的地面运动场,给出了地面运动峰值分布和波场快照,提出了与震中距相关的PGA和PGV经验衰减公式,获得了地震动频谱特征衰减规律。结果表明:①2021年漾濞6.4级地震呈现明显近断层地震集中性效应和破裂方向性效应;②近场20 km范围内,地震动峰值衰减较快,PGA最大衰减93.1%、PGV最大衰减83.3%;③近场范围内频谱成分主要包含0~10 Hz的宽频成分,震中距超过20 km后频率成分主要集中在0~4 Hz范围内。 展开更多
关键词 宽频地震动模拟 近断层地震动模拟 频率波数域方法 混合震源模型 漾濞地震
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基于CPU-GPU异构并行的复杂场地近断层地震动谱元法模拟 被引量:6
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作者 巴振宁 赵靖轩 +1 位作者 吴孟桃 梁建文 《地震学报》 CSCD 北大核心 2022年第1期182-193,共12页
利用基于CUDA编程平台实现的工作站级CPU-GPU异构并行方法开展了实际场地近断层地震动谱元法模拟.通过模拟SECE/USGS提供的自发破裂模型TPV15,测试了工作站级CPU-GPU异构并行方法的计算精度与计算效率,并将该方法应用于1679年三河—平谷... 利用基于CUDA编程平台实现的工作站级CPU-GPU异构并行方法开展了实际场地近断层地震动谱元法模拟.通过模拟SECE/USGS提供的自发破裂模型TPV15,测试了工作站级CPU-GPU异构并行方法的计算精度与计算效率,并将该方法应用于1679年三河—平谷M8.0地震的强地面运动模拟,以证实该方法对真实设定地震动模拟的适用性.模拟结果显示:CPU-GPU异构并行计算时间较CPU并行计算时间明显减少,加速比最高值分别为CPU 36核和72核的3.04和2.16倍;1679年三河—平谷M8.0地震的强地面模拟结果清晰地体现出近断层地震动的集中性、破裂的方向性、速度脉冲和永久位移等近断层地震动特征以及真实地形对近断层地震动所产生的影响.结果表明,CPU-GPU异构并行方法有效地提高了谱元法模拟的计算效率,可应用于大尺度复杂场地地震波场模拟. 展开更多
关键词 CPU-GPU异构 复杂场地 近断层地震动 谱元法
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基于动力学震源模型的三维沉积盆地直下型断层地震动模拟 被引量:3
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作者 巴振宁 慕少聪 +1 位作者 赵靖轩 梁建文 《震灾防御技术》 CSCD 北大核心 2022年第3期431-441,共11页
沉积盆地与近断层地震共同作用会增加地震破坏的风险水平,尤其是盆地下方直下型断层发震情况。采用动力学震源模型刻画断层破裂发震过程,开展沉积盆地直下型断层谱元法地震动模拟研究,探讨不同断层面初始剪应力和成核区位置下三维沉积... 沉积盆地与近断层地震共同作用会增加地震破坏的风险水平,尤其是盆地下方直下型断层发震情况。采用动力学震源模型刻画断层破裂发震过程,开展沉积盆地直下型断层谱元法地震动模拟研究,探讨不同断层面初始剪应力和成核区位置下三维沉积盆地地表响应规律。研究结果表明,断层面应力降对盆地地表地震动的影响显著,在断层面强度一定的情况下,随着初始剪应力的增大,即应力降增大,盆地地表峰值响应增大,原因在于应力降的改变影响了断层破裂释放能量,进而引起断层破裂速度改变,最终导致盆地地表响应发生变化;改变断层面成核区位置会对盆地内部地震动分布规律产生影响,当成核区位置从断层中间向断层左侧移动时,盆地左侧地震动逐渐减小,而右侧地震动逐渐增大,最终表现为盆地右侧地震动显著高于盆地左侧,原因在于改变成核区位置后,导致近断层地震动的方向性效应发生变化。 展开更多
关键词 动力学震源 直下型断层 三维沉积盆地 近断层地震动 谱元法
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2022年9月5日泸定M_(S)6.8地震宽频带地震动谱元法模拟 被引量:6
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作者 赵靖轩 巴振宁 +1 位作者 阔晨阳 刘博佳 《地震学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期179-195,共17页
2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合... 2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的泸定M_(S)6.8地震的全过程宽频带(0.1—5 Hz)地震动模拟,通过与六个台站的时程记录、对应的反应谱以及NGA-West2地震动衰减曲线进行比较检验了方法的精度和适用性;进而给出了此次地震的三分量速度波场快照图,再现了地震波传播时近场地震动的方向性效应和局部场地效应;最后给出了震中100 km×100 km范围内的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了泸定地震近场强地面运动的空间分布特征,并给出了基于模拟结果的地震烈度分布图。结果显示,震中PGA接近600 cm/s^(2),PGV接近50 cm/s,烈度达到Ⅸ度,且由于泸定地区内高山峡谷地形对地震动的影响,地震动峰值在山顶和峡谷处明显放大,山顶处PGA和PGV分别放大1.9倍和1.5倍,峡谷谷底处PGA和PGV分别放大1.7倍和1.4倍,这里出现的地震动放大现象以及可能造成的次生地质灾害亟需引起注意。 展开更多
关键词 2022年泸定M_(S)6.8地震 宽频带地震动 谱元法 运动学混合震源模型
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随机裂隙岩体滚刀破岩过程离散元模拟研究
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作者 苗日成 唐贝 +2 位作者 祁飞 江志安 崔溦 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期541-552,共12页
岩体裂隙对隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)滚刀破岩的施工效率和施工安全有显著影响。采用Monte Carlo方法建立了随机裂隙岩体离散元模型,通过单轴压缩试验模拟,构建了随机裂隙几何参数(倾角、直径、密度)与岩体力学性能(... 岩体裂隙对隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)滚刀破岩的施工效率和施工安全有显著影响。采用Monte Carlo方法建立了随机裂隙岩体离散元模型,通过单轴压缩试验模拟,构建了随机裂隙几何参数(倾角、直径、密度)与岩体力学性能(强度、弹性模量)的关系。在此基础上,模拟了TBM滚刀对随机裂隙岩体的破碎过程。结果表明:随机裂隙的倾角、直径、密度与岩体强度、弹性模量间存在明显的线性相关性,构建了裂隙岩体等效力学参数的多元线性回归预测模型;滚刀破岩过程中,岩体破碎比能随着裂隙倾角的增大而增大,随裂隙直径和密度的增大而先减小后增大;基于数值模拟结果,在东北工学院破岩力预测模型中引入岩体强度修正系数和破岩力修正系数,提出了考虑随机裂隙影响的岩体破岩力计算公式。 展开更多
关键词 随机裂隙岩体 破岩 离散元 破岩力 TBM
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近断层竖向地震动特征统计分析 被引量:24
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作者 李宁 刘洪国 +2 位作者 刘平 李忠献 谢礼立 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期120-128,共9页
为研究近断层地区的竖向地震动特性,基于环太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库选取890组强地震动,研究了地震动竖向与水平加速度分量峰值比aV/aH与矩震级、断层距、场地条件和断层类型的统计规律,给出近断层竖向加速度与水平加速度峰值... 为研究近断层地区的竖向地震动特性,基于环太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库选取890组强地震动,研究了地震动竖向与水平加速度分量峰值比aV/aH与矩震级、断层距、场地条件和断层类型的统计规律,给出近断层竖向加速度与水平加速度峰值比aV/aH的合理取值。采用基于能量的识别方法判定近断层地震动是否包含脉冲,分别研究竖向脉冲和水平脉冲参数与地震参数关系并对比了竖向脉冲和水平脉冲的速度峰值及周期的衰减关系。结果表明:近断层区域竖向加速度与水平加速度峰值比aV/aH受地震参数影响,规范建议值2/3会低估近断层竖向地震;相比较于水平脉冲,竖向脉冲数量少且分布范围小,水平脉冲和竖向脉冲的峰值、周期也存在差异。 展开更多
关键词 近断层 竖向地震 加速度峰值比a_V/a_H 竖向脉冲 脉冲分布
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大型公共建筑非结构构件抗震性能及韧性提升研究综述 被引量:12
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作者 韩庆华 赵一峰 芦燕 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期1-10,共10页
大型公共建筑既是保障震后救灾及城市系统功能恢复的基础设施系统,又是地震灾害的重要承灾体。地震一旦发生,大型公共建筑中非结构构件会造成严重的地震灾害,影响建筑的使用功能、造成巨大的经济损失,甚至给人员疏散和安置带来潜在威胁... 大型公共建筑既是保障震后救灾及城市系统功能恢复的基础设施系统,又是地震灾害的重要承灾体。地震一旦发生,大型公共建筑中非结构构件会造成严重的地震灾害,影响建筑的使用功能、造成巨大的经济损失,甚至给人员疏散和安置带来潜在威胁。文章从理论分析、数值模拟及试验研究等3个方面系统总结非结构构件抗震性能分析方法的研究进展。以吊顶、幕墙及电梯为例阐述非结构构件的地震响应及破坏特征。探讨大型公共建筑中非结构构件抗震性能研究的新思路:结合材料科学、控制科学及交叉学科的发展,不断创新非结构构件的抗震性能分析方法;结合大数据和人工智能技术形成非结构构件震害评价方法和智能识别技术,为非结构构件的抗震韧性评估提供依据;发展非结构构件地震韧性提升技术,为大型公共建筑的安全运行提供技术保障。 展开更多
关键词 大型公共建筑 非结构构件 抗震性能 韧性提升
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软硬交互横向不均匀场地地震反应分析 被引量:6
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作者 梁建文 吴孟桃 巴振宁 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1599-1608,共10页
软硬交互横向不均匀场地十分常见,其在强震作用下的地震反应对工程结构的安全有着重要影响,然而目前还很少有针对该场地地震反应分析的研究。基于精确动力刚度矩阵和均布荷载动力格林函数的间接边界元方法,经快速傅里叶逆变换,在时域内... 软硬交互横向不均匀场地十分常见,其在强震作用下的地震反应对工程结构的安全有着重要影响,然而目前还很少有针对该场地地震反应分析的研究。基于精确动力刚度矩阵和均布荷载动力格林函数的间接边界元方法,经快速傅里叶逆变换,在时域内求解了层状半空间中软硬交互横向不均匀场地的地震反应问题。求解中将模型分解为含较硬介质的层状半空间域和较软介质域,同时将总波场分解为自由波场和散射波场两部分,通过在相应边界上施加斜线和水平线虚拟均布荷载,进而求解动力格林函数以模拟散射波场,自由波场可由直接刚度法方便求得。验证了方法的正确性,检验了求解模型的收敛性,进而开展了相应的数值计算分析,着重讨论了介质参数和软硬交界面倾角对场地地震反应的影响。研究表明:软硬交互场地中,较大的地表地震动响应发生在较软介质侧;软硬交界面的存在使得场地地表加速度响应发生突变,突变程度受介质参数和交界面倾角的影响显著;随着介质参数差异和交界面倾角的增大,地表加速度峰值增大,反应谱曲线显示短周期成分变得更为丰富,对基岩地震动的放大作用增强;软硬交界面对场地地表地震反应的影响主要在交界面外的两倍介质层厚度范围。 展开更多
关键词 软硬交互 横向不均匀场地 地震响应 格林函数 间接边界元
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脉冲型地震作用下自由摇摆墩的反应特性研究 被引量:2
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作者 李宁 王志强 李忠献 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1521-1529,共9页
鉴于摇摆构件可将地震损伤控制在接触面附近,并具有较好的自复位能力,具备摇摆特性的构件在减隔震研究中日渐受到研究者的重视。为研究在不同形式脉冲激励下自由摇摆墩柱的响应,基于简单激励模型对摇摆墩的反应进行分析,确定了影响摇摆... 鉴于摇摆构件可将地震损伤控制在接触面附近,并具有较好的自复位能力,具备摇摆特性的构件在减隔震研究中日渐受到研究者的重视。为研究在不同形式脉冲激励下自由摇摆墩柱的响应,基于简单激励模型对摇摆墩的反应进行分析,确定了影响摇摆响应的关键参数。结果表明:简单正弦激励幅值增大时,自由摇摆墩更易倾覆;正反Ricker激励作用时,随着尺寸-频率参数的逐渐增大,无量纲加速度也逐渐增大;反对称Ricker激励时,摇摆谱会有较大角度的翻转,即摇摆初期,随幅值增大,可能反而存在激励频率较小的情况。对不同类型地震激励下自由摇摆墩的反应特性进行了分析,统计表明,当高度较大时,墩顶位移峰值与高度关系较小。在此基础上,提出基于“等侧移”摇摆谱的墩设计方法,并给出设计算例,验证所提设计方法的合理性,为摇摆墩设计提供了理论支撑。 展开更多
关键词 桥梁工程 自由摇摆墩 脉冲响应 等侧移 碰撞耗能
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