半椭圆形河谷沉积层地震响应的FE-BE-IBE分析

"半椭圆形河谷上沉积层地震响应研究 (1993年)" 这篇1993年的论文聚焦于对半椭圆形河谷中沉积层在地震作用下的响应分析。研究采用了有限元-边界元-无限边界元（FE-BE-IBE）耦合模型，这是一种结合了三种数值方法的高级模拟工具，用于解决复杂的地质结构中的地震动力学问题。该模型在分析中考虑了两种主要类型的地震波，即P波（纵波）和SV波（剪切波），这两种波在El Centro地震事件中作为入射波进行模拟。 论文指出，半椭圆形河谷的特定形态和沉积层的材料特性显著放大了地震响应。这意味着在这样的地理环境中，地震能量在沉积层表面的传播和放大效果更为明显，可能增加地震对周围环境和结构的危害。此外，作者还探讨了有限元和边界元网格尺寸对计算精度的影响，这是数值模拟中的一个重要因素，更细的网格通常能提供更高的计算精度，但也会增加计算成本。 文章采用了清华大学学报（自然科学版）发表，属于自然科学领域的学术论文，涉及的分类号为TV223（水利工程）和P315.3（地震学）。研究内容对于理解局部地形如何影响地震效应，以及如何通过精细的数值模拟来预测这些效应具有重要意义。过去的研究如[1-6]已经涉及了类似主题，但本论文的独特之处在于其使用的FE-BE-IBE耦合模型和实际地震波数据的应用，以及对网格尺寸效应的深入研究。 在计算过程中，假定岩石为线性弹性介质，而沉积层为粘弹性材料，以更真实地模拟地壳的动态行为。地震输入使用了1940年El Centro地震的北南向记录，这是一个实际的历史地震事件，可以提供真实的地震波形数据。通过分析不同频率的SV谐波入射条件下不同网格尺寸的计算结果，研究者能够评估网格分辨率对结果准确度的影响，这对于优化计算策略和提高模拟的可靠性至关重要。 1.1节介绍了无限边界单元的概念，这是处理半无限域问题的关键。通过构造适当的坐标映射关系和位移形函数，无限边界元可以有效地模拟自由地表的反射效应，减少了对大规模离散的需求，从而提高了计算效率。 这篇论文提供了关于半椭圆形河谷沉积层地震响应的深入见解，为地质灾害风险评估和地震工程设计提供了理论基础和实用工具。