含单一孔隙和双重孔隙介质三维饱和场地地震波散射与传播研究

论文摘要

近年来,有关饱和双相介质地震波动理论及其相关问题的研究得到越来越多专家和学者的重视,尤其是单一/双重孔隙饱和介质对弹性波的传播与散射问题一直是科学界具有挑战的研究课题,在地震学、地震工程学、地球物理等学科都具有深远的研究意义。在以往研究中,大多聚焦于单相介质对地震波的散射研究并取得了丰硕的科研成果,而实际岩土层中存在着错综复杂的基质流体、孔隙水与暗流,且地震波在流体饱和岩土层中传播特性同干土弹性场地情况具有显著差异,因此单一/双重孔隙饱和介质对地震波散射问题的研究更具有现实意义。本文的重点在于单一孔隙和双重孔隙介质三维饱和场地地震波传播及散射特性研究。基于Biot单一孔隙饱和介质理论和Berryman等建立的双重孔隙介质模型,提出一种适用于多种介质场地的基于球面波势函数的基本解方法（SWP-MFS）。首先结合单孔隙介质本构模型,采用两种压缩波（P1,P2）和三种矢量剪切波球面波势函数推导出单孔隙饱和介质位移,应力,流体相对位移和孔隙流体压力动力格林函数,进而构造散射波场,基于边界条件建立边界积分方程并配点求解。其次,基于地下裂隙层结构复杂的特点,参考含有裂隙（引起压缩波P3）的双重孔隙两相饱和介质理论,以地下无限域内球面波势函数动力格林函数为基本解,发展双重孔隙饱和两相介质三维波动问题SWP-MFS,对双孔隙饱和介质场地进行地震波散射研究。并检验两种介质中SWP-MFS的正确性和稳定性。最后,根据单一/双重孔隙介质地震波散射和动应力集中特性,结合数值算例,具体研究了地下夹杂体与洞室对地震波的衍射和散射,分析不同入射波型、入射频率、边界排水条件等多种因素对散射体地震响应的影响,给出了场地交界面位移,环向应力,基质流体压力和孔隙流体压力的谱值和幅值结果并进行了理论分析。研究结果表明:SWP-MFS作为一种新型的算法和实用方法,可以很好解决分析两种饱和介质中弹性波的散射问题。同时也为饱和不均匀介质波动问题新思路,并为饱和场地地质验算、工程抗震、地震区划等方面提供理论依据。

论文目录

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第一章绪论

1.1 研究背景及理论意义

1.2 研究现状及方法

1.3 目前研究存在的问题

1.4 本文主要工作

第二章饱和介质基本理论及SWP-MFS方法简介

2.1 引言

2.2 单一孔隙介质的Biot理论概述

2.3 双重孔隙介质理论

2.3.1 材料简介

2.3.2 本构关系

2.3.3 动态平衡方程

2.4 SWP-MFS边界型计算方法简介

2.5 本章小结

第三章单一孔隙介质地震波传播与散射研究

3.1 引言

3.2 计算模型

3.3 单孔隙介质中弹性波传播特性

3.4 计算方法

3.4.1 单孔隙饱和介质SWP-MFS动力格林函数推导

3.4.2 波场分析

3.4.3 边界条件及求解

3.5 方法验证

3.5.1 精度验证

3.5.2 数值稳定性检验

3.6 数值算例分析

3.6.1 单孔隙介质三维夹杂体对平面P波或SV波散射

3.6.2 单孔隙介质三维空洞对平面P波的散射

3.7 本章小结

第四章双重孔隙介质地震波传播与散射研究

4.1 引言

4.2 计算模型

4.3 双孔隙饱和介质中弹性波传播特性

4.4 计算方法

4.4.1 双孔隙饱和介质SWP-MFS动力格林函数推导

4.4.2 波场分析

4.4.3 边界条件及求解

4.5 方法验证

4.5.1 精度验证

4.5.2 数值稳定性检验

4.6 数值算例分析

4.6.1 双孔隙介质三维夹杂体对平面P波或SV波散射

4.6.2 双孔隙介质三维空洞对平面P波或SV波散射

4.7 本章小结

第五章全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究工作展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王治坤

导师: 刘中宪

关键词: 双重孔隙介质,单一孔隙介质,球面波势函数,基本解方法,三维弹性波散射

来源: 天津城建大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 天津城建大学

分类号: TU435

DOI: 10.27355/d.cnki.gtjsy.2019.000003

总页数: 82

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