粘弹性人工边界在重力坝地震分析中的应用

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粘弹性和各向异性在地震勘探正演中的应用

粘弹性和各向异性在地震勘探正演中的应用

粘弹性和各向异性在地震勘探正演中的应用【摘要】介质粘弹性和各向异性在地震正演中的应用使得地震波逐渐衰减和频散,不能直接从地震数据上得到准确的地下信息和分辨率更高的图像,基于粘弹性和各向异性的正演模拟接近真实性的描述了地震波的波动学特征,有利于观测系统设计、储层研究以及对地震资料的分析处理解释。

【关键词】粘弹性;各向异性;正演模拟随着地质勘探对象由简单到复杂油气藏方向的发展,传统水平层均匀介质基础理论上的勘探方法、手段正面临越来越大的挑战。

基于粘弹性和各向异性地质模型的正演方法为我们提供了一种有效、可靠的勘探技术手段,在实际应用中具有重要意义。

地球物理模型是正演模拟技术的基础和前提。

模型建立主要有结构上的构建和和纵波速度、横波速度以及密度地球物理属性。

除此还有模型介质对地震波场的响应,主要表现在粘弹性和各向异性。

常规地震处理技术的理论前提是:大地介质是完全弹性介质,地震波在其中的传播满足达朗贝尔方程,地震波在其传播途中没有能量的损失和波形的畸变。

但是,实际上地表检波器接收到的是有一定延时而且频率很低的地震复合波。

离震源不同距离接收的波谱也不同,这说明大地对地震波有衰减和吸收的作用,对其高频成分,吸收更为严重,导致地震资料的分辨率降低。

在处理分析以及正演过程中我们有必要模拟这种衰减因素对地震波的影响。

1 介质粘弹性地震波在真实介质中传播与在理想介质中传播不同,介质的粘弹性会损耗地震能量吸收,使振幅衰减并且视频率逐渐降低。

地震波的这种衰减和频散,使得不能直接从地震数据上得到准确的地下信息和分辨率更高的图像。

这种衰减效应主要由地球介质本身的粘弹性所致,与岩性、含流体性质、饱和度以及渗透率等有关,是造成地震反射波高频成分衰减的主要原因之一。

地震波的这种衰减和弥散,使得不能直接从地震数据上得到详细的地下信息和分辨率更高的图像,所以研究地震波在粘弹性介质中传播的性质具有重要意义。

粘弹性介质的正演模拟,对于深入研究地层吸收衰减效应,对于提高分辨率等具有重要意义,是观测系统设计、复杂储层研究、地震资料分析、处理的基础。

人工边界在土石坝地震动力响应中的应用

人工边界在土石坝地震动力响应中的应用
况一结构 动力 相互作用分析时通常
分两步求解, 首先是 自由场分析, 即没有结构物存在时自由 场
E 2 /E :A +S! () 2
[ 收稿 日期]05一l 20 0一l 7
式 中:, 分别为 P波入射角 和反射波分量 s 反射角 , 00 波 可 由 Se 法则确定 , v v ;、 nl l S .  ̄ 四分别为入射波和反射波 / A
与周 围 自由场 地 的运 动速 田2 反射渡与入射波的有效能量比 度 有关 所 以必 须建 立 自

的密度 ;、是待定 常数 , 口b 可根据边界边界处波 的反射与折射
理论确定; 、 称作土体的阻抗。 cc 。。 为 了寻求吸收入射到边界的弹性波 的粘性边 界条 件 , 考 虑向边界入射 P波, 得到边界处单位面积输出、 输入能量的 反射波能量 ( 与入射波能量 ( 之 比, 简谐振 动 的情 E) E) 在
并且水平地震 力是主要的动力输入 , 在工程上应 当慎 重考虑 。
【 关键词】 动力响应; 粘性边界; 自由场; 土体非线性
【 中图分类号】 T 611 V 4+
采用数值离散方法 分析地 基基 础时 要处理 地基无 限域
【 文献标识码】 A
问题。对于静力分析, 一般可以在与离基础一定距离处设置
= ( p n () 2 V) 1 3 p
。 分别为粘性
出了为吸收波动的反射能量在边界引入粘性反力的概念, 认
为在边界上应给予的粘性正应力和剪应力可表达为 :
r= Vv = c .。
o ;2 p . J r 。 ( v) 。
式中:
叩 ;pJ C1  ̄ n
( 1 )
[ 、 ] [ ] ][ 、 , 。 离散模 型 中, 土层 的空间解耦 的集 中质量 矩阵 、 阻尼矩 阵、 刚度矩阵分别为 、 、; C, 依此类推结构的各矩阵分别 为 、 土 ~ 结构体系的动力控制方程为 : C。

Dyna人工边界及地震应用

Dyna人工边界及地震应用
体 系 。迄今 为止 人们 编制 了许多 能够 进行 地基 一 构 动力相 互 作用分 析 的有 限元 通用 软 件 , F U H( 结 如 L S 采用
直 接法 ) S S I 采用 子结 构法 ) 。但 这些 软件 的使 用不 太方 便 , 、A S ( 等 它们 缺少 前 后 处 理功 能 , 且 对上 部 结 构 并
1 人 工 边 界
用有 限元 法分 析结 构 一 基 动 力相 互 作 用 时 , 地 需要 从 半 无 限 的 地 基介 质 中切 取 出有 限计 算 区 。在 切 取 的边 界上 需建 立人 工边 界模 拟地 基无 限域 的影 响 , 保证 散 射 波能 够 从 有 限计 算 区 内部 穿 过人 工 边 界 而 不 发 生反 射 , 是解 决结 构 一 这 地基 动 力相 互 作 用 的关 键 问 题 之一 。 目前较 常 用 的 人 工 边界 有 : 性 边 界 J 叠 加 粘 、 边界 【 、 轴边 界 J 一致 边界 【 , 射边 界 等 。 由于粘性 边界 物理 意 义清 晰 , 理 方法 简单 , 然 只有 一 4旁 j 、 6透 J 处 虽 阶精 度 , 易 于实现 , 但 因此应 用 比较广 泛 。 在 K — Y A程序 中 , 界 约束 条件 ] SD N 边 中有 一 个 无反 射 边 界 ( o — f c n o n a ) n nrl t gb u d r 即为 粘性 边 界 。其 ee i y
收 稿 日期 :0 4 2 2 ; 修 订 日期 :0 5 0 —1 20 —1- 2 20 — 4 0 基 金项 目 : 国地 震 局 “ 五 ” 研项 目 中 十 科
作 者 简 介 : 冬 茵 (9 6 , , 士 , 要 从 事 防灾 减 灾 研 究 张 17 一) 女 硕 主

基于abaqus的二维粘弹性边界与地震动输入的实现

基于abaqus的二维粘弹性边界与地震动输入的实现

(2) 式中,右侧三项分别为介质、阻尼
与弹簧在输入地震动过程中产生的抗力。
对于其中的速度与位移项,可结合地震
波到达该节点的时间及输入的地震波的
位移及速度数据插值得到。
3粘弹性人工边界及地震动输 入的有限元实现
3.1粘弹性人工边界及地震动输入在 Abaqus中的实现
以接地阻尼及弹簧对粘弹性边界进 行模拟。在计算边界阻尼系数与弹簧刚 度时,采用文献冈的方法进行边界节点 荷载的计算的基础上,以接地的阻尼与 弹簧的形式输入人工边界,以时程曲线 的形式定义的集中荷载输入地震动,并 做假定:
当前在abaqus中已有的实现粘弹性边界输入的方法主要分为编制uel子程序与修改计算文件两种但考虑两种方法的实现均较为复杂且需at参与操作因此确定一种粘弹性人工边界及地震动输入的简便与精确方法仍然是必要的
技术与应用 Eechnoloav and Aglication
基于Abaqus的二维粘弹性边界与地震动输入的实现
O© = 00(X, y, z, t) + Cu(x, y, z, t) + Ku(x, y, z, t)
图2地震入射方向示意图
Python语言编制了粘弹性人工边界与节 点等效荷载的输入程序,并在程序中直 接调用Abaqus中的接地弹簧-阻尼器并 联单元。程序流程如图3所示。 3.2程序验证
如图4所示,采用800mX400m 的二维模型进行验证。模型网格尺
寸为10m,采用平面应变CPE4R单
元,计算所进行的总时间为3.5s,并
取△才=0. 005s » 土体参数为:弹性
模量E = 1. 323 x 104MPa,泊松比
“ = 0.25,密度p = 2700kg/m3o 对于 均匀弹性介质,自由表面位移的解析解

基于ABAQUS的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用

基于ABAQUS的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用

基于ABAQUS的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用郝明辉;张艳红;陈厚群【摘要】无限地基的辐射阻尼效应是影响坝体地震反应的重要因素.本文采用黏弹性边界并在非线性有限元软件ABAQUS软件上成功实施,经与理论解的结果对比,具有较高的求解精度.文中以典型的Koyna重力坝地震反应分析为例,比较了黏弹性边界与传统的固定边界无质量地基的计算结果,特别是利用混凝土损伤模型对Koyna重力坝遭遇强震时震害现象进行了初步分析,得到了大坝下游折坡处与实际遭受的地震破坏现象和破坏程度基本一致的结果.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2012(010)002【总页数】7页(P120-126)【关键词】辐射阻尼;黏弹性边界;无质量地基;ABAQUS;重力坝【作者】郝明辉;张艳红;陈厚群【作者单位】中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京 100048;中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京 100048;中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京 100048【正文语种】中文【中图分类】TV642.31 研究背景坝体-地基动力相互作用是影响结构地震反应重要因素之一,这种动态相互作用主要包括地基对结构体系动态特性的影响以及结构对地震动输入的影响,其中主要是地震波能量向远域地基的逸散。

所以,在坝与基岩地震动力相互作用分析中,正确实现地震动的输入和地基辐射阻尼的模拟是十分重要的。

采用数值离散方法分析地基基础时要处理地基无限域问题,在动力分析中目前得到广泛应用的主要有黏性边界、透射边界和黏弹性边界[1-3]等,其中黏弹性边界是在黏性边界的基础上再在人工边界上设置弹性元件,其克服了黏性边界的低频失稳问题,能够模拟远域地基的弹性恢复性能,具有良好的低频和高频稳定性,并且无需像透射边界那样增加大量的边界节点和单元,在实际工程中得到广泛的应用。

ABAQUS软件[4-5]已在大坝的动态非线性分析中得到了广泛的应用。

基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析

基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析
布 更 为合 理 , 力响 应 时程 滞 后 ; 证 了该 边 界 条 件 的 吸 能 效果 。该 方 法 计 算 效 率 高、 定 性 好 , 服 了 动 验 稳 克
透射边界与有限元相结合的方 法存在 高频失稳 问题 的缺陷。 关键 词 : 固耦 合 ;动 水 压 力 ; 弹性 人 工 边界 ; 震 反 应 ;拱 坝 流 黏 地 中 图 分 类 号 : V 4 . T 624 文献标识码 : A 文 章 编 号 :17~ l4 (00 O- o6— o 62 142 l)2 -o 3 4
弹 性人 工 边 界 具 有 较 高的 计 算 精 度 和 计 算效 率 、 好 的 稳 定 性 , 较 同时 程序 容 易 实现 。基 于黏 弹性 人 工 边 界的基本原理 , A ss 以 ny 为计 算平台 , 用声 学流体 单元 f i 0模拟 库水 , 采 ld u3 在坝 基截 断边界 添加 弹簧 一
h ihrc m ua o a p cs n i e o p tt n fcec n e e t it.Me w i ,i i e yt rga s a ahge o p tt nl r io ,hg rc m ua oa e ̄iny ad b t rs bly i e i h il l t a i n a hl t s a op rm. e s o
B e n te b i h oy o iC U . l t rica u d r o dt n a dAn y ot r he rs rori smuae yu ig s a d o l a c te r fvS O Sea i a t i b n ay c n i o n s ssf 1 s s c i f lo i wae.t ee v i i ltd b sn s

地震作用下粘弹性边界边坡模型处理方法

地震作用下粘弹性边界边坡模型处理方法

第43卷第29期山西建筑Vol.43 No.2920 12 年10 月SHANXI ARCHITECTUKK Oet,2017 .69.文章编号:1009-6825 (2017) 29-0069-02地震作用下粘弹性边界边坡模型处理方法+郄禄文许璐璐陶佳骥{河:1丨匕大学建筑工程学院,河北保定〇71〇〇2^摘要:针对两侧寓度存在差异的#土边坡问题,采取Pkne82标准单元体来模拟岩体边坡,弁在所截取矩形区域外围施加粘弹性边界,隨后在对称模型的计算条件下3截取地震记录包含峰值在内的前1〇s历程,将应力时獲作为荷载输入,分祈地震波在卷霸边 坡中的传播。

结果S示,针对拥有粘弹性边界的边坡稳定性提出的模型处理方法简单易行fi计算结果合理冒靠。

关键词:地震作用,^边坡,对称性,粕弹性边界中图分类号:TU457在固定边界条件下,当地震波于边坡两侧传入、传出时,在介 质边界上将出现反射波,在地震波输人界面上会m碍地震波的传 播作用,在地震波输出界面上地震反射波将在边坡内部出现惯性 力,将对稳定分析的最终结果产生持续的影响。

而在粘弹性界面 条件下,由于岩石边坡模型稳定性的低频特性,会对岩石边坡的 稳定性分析结果产生明显影响。

L Y S M E R等[1]在粘弹性界面配 置了粘滞阻尼器,考虑了介质的蓄能作用却忽视了其外力取消后 的恢复作用。

D E E K S等[2]建议利用粘弹性边界针对所有频率的 岩土边坡都具有较好的義;定性,模型计算分析将会得到较为精确 梅结果。

在工漉的应用中,粘弹性边界对于形状规则如矩形、弧形的 地棊有着较准确的计算结果,而对于拥有不对称边界的边坡模型 却将得到错误的结果。

因此,本文针对边坡模型提出一种简单易 行且计算结果可靠的计算方式。

1粘弹性边界单元参数选取当垂直人工边界底边界人射地震波后,经过一段时间传播后 到达地表,会以反射波的形式在地球表面或岩体底界面处再次返 射回鸯土地基,并引起地表结构的振动,该振动也会反射回地基 中进行传播。

黏弹性边界的二次开发及其在地下结构抗震分析中的应用

黏弹性边界的二次开发及其在地下结构抗震分析中的应用

黏弹性边界的二次开发及其在地下结构抗震分析中的应用窦远明;范俊超;王建宁;鞠培东;宋明轩;李景文【摘要】在对地下结构进行抗震分析时,土体边界条件和地震波的施加方法直接关系到运算结果的精准程度.为了使地下结构抗震分析建模更加高效,分析结果更加合理,对边界和地震波的施加算法进行了程序化设计,利用Python语言对ABAQUS 进行了二次开发,编写了黏弹性边界和地震波统一自动施加程序,建立了土体—隧洞结构相互作用的三维有限元分析模型.结果表明:该方法可以实现黏弹性边界和地震波的快速自动施加,能够很好地模拟波动在土体中的传播规律;在靠近土体边界附近一定范围内的加速度峰值有3%左右的误差,当模型尺寸取9倍的结构宽度时可以消除这一影响;隧洞结构纵向端部2~3倍结构宽度范围内的计算结果偏大.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2019(048)003【总页数】8页(P73-80)【关键词】地下结构;黏弹性边界;二次开发;有限元分析【作者】窦远明;范俊超;王建宁;鞠培东;宋明轩;李景文【作者单位】河北工业大学土木与交通学院,天津 300401;河北省土木工程技术研究中心,天津 300401;河北工业大学土木与交通学院,天津 300401;河北工业大学土木与交通学院,天津 300401;河北省土木工程技术研究中心,天津 300401;河北工业大学土木与交通学院,天津 300401;河北工业大学土木与交通学院,天津 300401;河北工业大学土木与交通学院,天津 300401【正文语种】中文【中图分类】TU930 引言在对地下结构进行有限元动力分析的过程中,需要把半无限的土体转换为有边界的空间,而波动在传播的过程中遇到边界会产生反射,这与实际情况并不相符,所以在建立模型时必须对人工边界进行处理,使之符合实际情况[1-2]。

当前常用的人工边界条件中,有透射边界[3]、黏性边界[4]、黏弹性边界[5]等,其中透射边界为位移型边界,在多次透射的情况下精度较高,但是容易出现高频震荡[6],且不容易在有限元软件中实现;黏性边界为应力型人工边界,但是其仅考虑了对散射波能量的吸收,并没有考虑到边界处介质的弹性恢复能力,因此容易导致低频失稳问题[7];而黏弹性边界则克服了上述缺点,能够很好地模拟地基的弹性恢复力和辐射阻尼效应,具有较高的精度[8-9]。

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a本批构件平均强度 m =3 . a . 6 1MP ;
=1 , 2 推定系数 k =10 24 , 2 .3 4 1 .6 7 k =2 7 63 。
强度标准值 的推定 区间范 围为 :
3 . — 3 6= 1 5№ 5 1 3. . < 5. № 0 。
3 强度评定 。设计 强度 等级 C 5落在强度 推定 区间 内, ) 3 材料 强度符合设计要求 。
下 限值 =m ~愚 S 6 1 .3 4 .2 3 6M P 。 2 =3 . —2 7 63 ×0 9 =3 . a
回弹值 , 同时随机选 取 3 %的测 区测量碳化 深度值 , 取 6个 测 0 选 区为取芯位置钻取芯样 。 1 按照《 ) 回弹法检 测混 凝土 抗压 强度 技术 规程 》 进行 批构 件 混凝土强度计算 。
数值计 算 中, 常从 无 限介质 中切 取 出有 限尺 寸作 为计 算 区域 , 年) 通 的粘 性边界 _ 。相 当于在边界施加一端 固定 的单 向粘滞 阻尼 3 J 通过在 计算 区域边界 上引入 人工 边界 的方 法来 实 现辐射 阻尼 作 器 , 只考虑 了边界 的阻尼耗能 , 虑介 质 的弹性恢 复作用 , 在 未考 存
济地判定混凝土结 构实体的质量具有一定 的现 实意义。 参考文献 :
2按照《 ) 建筑结构检测技术标 a 强度平均值 的推定 区间。 .
上 限值 =m +k =3 . +0 5 84 s 6 1 .1 3×0 9 =3 . a .2 6 6MP ,
粘 弹性 人 工 边 界 在 重 力 坝 地 震 分 析 中 的应 用
罗 文 立
摘 要 : 绍 了粘 弹 性 人 工 边 界 以及 粘 弹 性 人 工 边 界 单 元 的 推 导 过 程 , 此 基 础 上 对 某 重 力 坝 的 坝 体一 地 基 结 构 系统 进 介 在
行有限元三维地震 响应分 析, 结果表 明无限地基辐射 阻尼 的粘弹性人工边界 能够显著减小坝体地震 响应。
理边界条件 , 对无 限地 基的模拟是精 确的 , 但其全局耦 联 , 要进行 性 人 工 边 界 。
大量计算且十分复杂 ; 局部人工边界 条件仅模 拟外行 波穿过人 工 粘弹性人工边 界概 念清楚 , 易于 在有 限元程 序 中实现 , 是 但 刘 6 3 边 界向无穷远传播 的性质 , 并不严格满 足所有 的物理 方程 和辐射 解决三维 问题 时依 然需要消耗较多 的处理 时间。为此 , 晶波 [
b 标准差 S .2MP <4 5MP 可以作为一批构件 ; . =0 9 a . a c强度推定值 … =m 一16 5 =3 . a . .4 s 4 6MP ;
d 评定 为材 料强度低于设计要求 。 .
3 结语
通过 以上对 J JT 32 0 G / 2 —0 1回弹法检测混凝土抗压 强度技术 规程和 G /" 0 4 —0 4建 筑结 构检 测技 术标 准在 抽样 数量 和 B I5 342 0 混凝 土强度值计算 的分 析 、 比较 , 后者 更为科学 、 合理 , 对科 学 、 经
关键 词 : 弹性人 工边界 , 射 阻尼 , 粘 辐 地震 分析 , 重力坝
中图分类 号 : U3 2 T 5 文献标识码 : A
0 引 言
条件 , 有时空 解耦 特 性 , 法 简单 且 计算 耗 时少 , 具 方 得到 广泛 应
如粘弹性人工边界 。文 中给出 了粘 弹性人工 边界及粘 弹性人 近年来 , 土一结 构 动力 相 互作 用 问 题相 关 的动 力 基础 振 用 , 与 工边界单元 有关参数 的详细推导 过程 , 并通过算 例 比较结 构在粘 动、 地震 波散射等近场波动 问题 的数 值模 拟方法得 到 了很 大 的发 弹性人工 边界 、 粘性边界 、 固定边 界条件下 的动力响应 , 验证 了粘 展 [引。在实 际工 程 中, , 结构 和地基相互作用 , 结构振动 的能量沿 地基 向远处逸 散 , 形成 辐射阻尼 效应 , 不仅影响结 构的动力 特性 , 弹性人工边 界的精度 。
用 的模拟 。
精度不高 和低 频漂移失稳 等缺点 。为 了克 服这些 缺点 , es J De _ 、 k4
5 J 人工边 界大 致 可分 为 全局 人 工边 界 和局 部 人 工边 界 两类 。 刘晶波等人 _ 在二维柱 面波 的基础 上 提出 了二维 粘 弹性人工 边
全局人 工边界条件通 常要求 外行 波满 足无 限域 所 有场方 程 和物 界 。之后 , 刘晶波等人又在三维球 面波 的基 础上推 导4卷 第 2 l期 20 0 8 年 7 月
山 西 建 筑
S HANXI ARCHI TECrURE
Vb _ 4No. 1 l3 2
J . 20 t d 08
・5 ・ 9
文章编号 :0 96 2 (0 8 2 —0 90 10 —8 5 20 )10 5 —3
把指定层 的一 面墙作 为一 个构件 进行抽检 , 每个 抽检 的构件
侧 面 布 置 1 测 区 , 个 测 区 面 积为 00 2每 个 测 区 测 取 1 个 0个 每 .4r , n 6
上 限值 =m —k =3 . —1 0 24 ×0 9 =3 . a 1 6 1 .6 7 .2 5 1MP , S
而且结构振动 的反 馈又 影响 地震 动输 入。对无 限地基 辐射 阻尼 1 粘弹 性 人工 边 界及 人工 边界 单元
的 模 拟 是 进 行 土一 结 构 动 力 相 互 作 用 分 析 的 关 键 环 节 。 有 限 元
粘 弹 性 人 工 边 界 的 研 究 最 早 始 于 L s r Kue y r 1 6 yme 和 l me e ( 9 9
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