岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S2): 553-562.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0027

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基于改进比例边界有限元法的成层场地中峡 谷−地下孔洞体系的散射分析

李艳朋1, 2,李志远1, 2,胡志强1, 2,林皋1, 2   

  1. 1. 大连理工大学 海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024; 2. 大连理工大学 建设工程学部水利工程学院 工程抗震研究所,辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2021-01-07 修回日期:2021-05-24 出版日期:2022-10-10 发布日期:2022-10-10
  • 通讯作者: 李志远,男,1990年生,博士后,主要从事核电结构水工结构抗震安全性分析方面的研究。E-mail: zhiyuanli@dlut.edu.cn E-mail:liyanp@mail.dlut.edu.cn
  • 作者简介:李艳朋,男,1994年生,博士,主要从事水工结构抗震安全性分析方面的研究。
  • 基金资助:
    西藏自治区重点研发计划项目(No.XZ202101ZY0002G);国家自然科学基金项目(No.51979292)。

A modified scaled boundary finite element method for scattering analysis of canyon-underground cavity system in horizontally layered site

LI Yan-peng1, 2, LI Zhi-yuan1, 2, HU Zhi-qiang1, 2, LIN Gao1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coast and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China; 2. Institute of Earthquake Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2021-01-07 Revised:2021-05-24 Online:2022-10-10 Published:2022-10-10
  • Supported by:
    This work was supported by the Key Research and Development Projects of Tibet Autonomous Region of China (XZ202101ZY0002G) and the National Natural Science Foundation of China (51979292).

摘要: 基于相似拼接线的比例坐标变换,提出了能精确模拟成层半空间的改进比例边界有限元法,在频域中建立了复杂成层场地散射场分析的高精度模型。该方法采用相似拼接线作为比例缩放中心,克服了比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,简称 SBFEM)由相似性导致求解范围受限的困难,成功地将比例边界有限元法的求解范围扩展到水平及倾斜成层半空间。基于改进比例边界有限元法,建立了复杂成层半空间散射场的求解模型,其中采用子结构法将复杂边界条件的散射问题转化为土−结构相互作用问题,降低了地震波散射问题的计算复杂度,这种转化在线弹性框架内严格成立。通过计算典型算例,验证了提出模型的准确性。采用提出的新模型,分析了水平成层场地中峡谷−地下孔洞耦合体系的散射问题。数值算例表明:与峡谷下无孔洞的情况相比,地下孔洞的存在会放大峡谷表面散射位移幅值,并且对于方形截面孔洞这种放大作用更明显。

关键词: 散射场, 比例边界有限元法, 成层场地, 峡谷?地下孔洞体系, 土?结构相互作用

Abstract: Based on the scaled boundary coordinate transformation of scaling splicing lines, an improved scaled boundary finite element method is proposed to accurately model the layered half-space, and a high-precision analysis model for the scattering field response of a complex layered site is established in the frequency domain. This method adopts the splicing lines as scaling center, which overcomes the difficulty due to the scaling requirements, and extends the scope of application of the scaled boundary element method to horizontal and inclined layered sites. Furthermore, based on the modified scaled boundary element method, a solution model for the complex layered half-space scattering field is established. In this model, the substructure method is used to transform the scattering problem with complex boundary conditions into the soil-structure interaction problem, which reduces the complexity of the seismic wave scattering problem. This transformation is strictly true in linearly elastic range. The accuracy of the proposed model is verified by comparing with the reference examples. In addition, the scattering field response of the canyon-underground cavity system in horizontally layered site is conducted. The results show that, compared with the case of no cavity under the canyon, the underground cavity will amplify the scattering displacement amplitude of the canyon surface, and this amplification effect is more obvious for the square cavity.

Key words: scattering field, scaled boundary finite element method, layered site, canyon-underground cavity system, soil-structure interaction

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[1] 郑长杰, 何育泽, 丁选明, 栾鲁宝, 陈业伟, . 下卧基岩黏弹性地基上刚性条形基础 竖向振动响应研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1434-1440.
[2] 徐琨鹏, 景立平, 程新俊, 梁海安, 宾佳. 基于边界位移法的地下结构推覆试验可行性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 127-138.
[3] 潘旦光, 程业, 陈清军. 地下商场结构对地面运动影响的振动台试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1134-1145.
[4] 李瑞山, 袁晓铭. 成层场地基本周期简化计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3227-3235.
[5] 李志远,李建波,林 皋,韩泽军,. 基于子结构法的成层场地中沉积河谷的散射分析[J]. , 2018, 39(9): 3453-3460.
[6] 邹德高,刘 锁,陈 楷,孔宪京,余 翔,. 基于四叉树网格和多边形比例边界有限元方法的岩土工程地震响应非线性静动力分析[J]. , 2017, 38(S2): 33-40.
[7] 陈灯红 ,杜成斌,. 结构-地基动力相互作用的时域模型[J]. , 2014, 35(4): 1164-1172.
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[1] 高广运 , 邱 畅 , 王贻荪 . 改进的双参数层状地基模型[J]. , 2003, 24(2): 159 -163 .
[2] 陈灯红 ,杜成斌,. 结构-地基动力相互作用的时域模型[J]. , 2014, 35(4): 1164 -1172 .
[3] 罗 滔,E. T. Ooi,A. H. C Chan,傅少君,. 一种模拟堆石料颗粒破碎的离散元-比例边界有限元结合法[J]. , 2017, 38(5): 1463 -1471 .
[4] 刘海涛,周 辉,胡大伟,张传庆,渠成堃,汤艳春,. 含层理砂岩热膨胀系数的试验研究[J]. , 2017, 38(10): 2841 -2846 .
[5] 李 刚,张金利,杨 庆, . 不同成因沉积土物理力学指标概率统计分析[J]. , 2017, 38(12): 3565 -3572 .
[6] 张 萍,杨春和,汪 虎,郭印同,徐 峰,侯振坤,. 页岩单轴压缩应力-应变特征及能量各向异性[J]. , 2018, 39(6): 2106 -2114 .
[7] 张 盛, 王龙飞, 常 旭, 王东坤, 王小良, 乔 洋, . 中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度 尺寸效应试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1740 -1749 .
[8] 刘红岩. 宏细观缺陷对岩体力学特性及边坡稳定影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 431 -439 .
[9] 刘宗辉, 刘毛毛, 周东, 蓝日彦, 吴恒, 王业田, . 基于探地雷达属性分析的典型岩溶 不良地质识别方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3282 -3290 .
[10] 卢志国, 鞠文君, 赵毅鑫, 王浩, 郑建伟, 刘爱卿, . 采动诱发应力主轴偏转对断层稳定性影响分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4459 -4466 .