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1、TI飽和介質(zhì)2.5維動力格林函數(shù)及其間接邊界元方法研究2.5DGreen’sFunctionsanditsApplicationofIBEMforTISaturatedMaterial學(xué)科專業(yè)：土木工程作者姓名：康澤青指導(dǎo)教師：巴振寧副教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一七年十一月摘要國內(nèi)外的大量震害觀測和分析顯示，復(fù)雜場地對地震波的散射有顯著影響，這也一直是地震工程學(xué)、地震學(xué)等領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題，其中大多數(shù)已有研究是在各向同性彈性介質(zhì)的假設(shè)條件下進(jìn)行的。然而，考慮到天然土體是由土顆粒、孔隙流體和氣體組成的三相介質(zhì)體系，并且在沉積風(fēng)化過程中表現(xiàn)出明顯的各向異性，本文采
2、用更接近實(shí)際的橫觀各向同性（TI）飽和介質(zhì)模型進(jìn)行研究。目前，利用間接邊界元方法（IBEM）研究TI飽和介質(zhì)中二維復(fù)雜場地對彈性波的三維散射的課題幾乎未見報(bào)道。因此引入TI飽和介質(zhì)模型對復(fù)雜場地地震效應(yīng)的研究具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文完成的主要工作如下：1、借助層狀TI飽和半空間三維精確動力剛度矩陣并利用直接剛度法，推導(dǎo)出層狀TI飽和半空間中2.5維動力格林函數(shù)，其施加的荷載為移動斜線均布荷載和孔壓。通過與已有文獻(xiàn)對比，驗(yàn)證了此格林函數(shù)的正確性。給出了均勻和單一土層TI飽和半空間中位移、應(yīng)力和孔隙水壓格林函數(shù)的算例分析。2、采用以層狀TI飽和半空間中
3、2.5維動力格林函數(shù)為基本解的IBEM求解了層狀TI飽和半空間中凹陷和襯砌隧道對斜入射彈性波的三維散射問題。通過與已有結(jié)果的對比，驗(yàn)證了方法的正確性。分別計(jì)算了TI飽和半空間中凹陷地形的地表位移、地表孔隙水壓以及襯砌隧道內(nèi)壁的應(yīng)力集中因子。研究表明介質(zhì)的TI飽和性質(zhì)對移動斜線均布荷載動力格林函數(shù)存在顯著影響，對復(fù)雜地形的三維散射效應(yīng)的影響主要體現(xiàn)在改變了凹陷附近地表位移幅值和相位、襯砌隧道內(nèi)壁應(yīng)力集中因子的幅值和空間分布。同時(shí)分析了彈性波入射類型、入射角度和頻率等因素對TI飽和介質(zhì)中復(fù)雜場地三維散射效應(yīng)的影響。關(guān)鍵詞：橫觀各向同性，飽和場地，間接邊界元法，動力格
4、林函數(shù)，散射，凹陷，襯砌隧道IABSTRACTAgreatdealofobservationsandreportsonearthquakedamageathomeandabroadindicatethatcomplextopographieshaveanotableinfluenceonseismicscattering,whichisalsoanimportantsubjectstudiedinearthquakeengineeringandseismology.Mostoftheresearchesareconductedundertheassumption
5、ofelasticmedium.However，naturalsoilsareathree-phasemediumsystemcontainingsoilskeleton,porefluidandgas,andshowobviousanisotropyduringtheprocessofsedimentaryweathering.Therefore,thetransverselyisotropic(TI)saturatedmaterialmodelisadopted,whichismoreapproximatetotherealsoilmedium.Atpres
6、ent,fewresearchesaboutusingindirectboundaryelementmethod(IBEM)tostudythe3DscatteringofcomplextopographiesinTIsaturatedmediumhavebeenreported.Hence,introducingTIsaturatedmediummodelintothestudyofcomplextopographiceffecthasvitaltheoreticalsignificanceandpracticalvalues.Themainworksachi
7、evedareasfollows:1.Withtheaidofthe3Dexactdynamicstiffnessmatrixanddirectstiffnessmethod,the2.5DdynamicGreen’sfunctionsintheTIsaturatedhalf-spacearederived,theappliedloadscontaintheinclineduniformlydistributedloadandporepressure.ThecorrectnessoftheGreen’sfunctionsisverifiedbycomparing
8、withtheexist
