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三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟

三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟
三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟

多波多分量地震波场数值模拟及分析

第46卷第5期2007年9月 石油物探 GEOPHYSICALPROSPECTINGFORPETRoI。EUM V01.46,No.5 Sep.,2007 文章编号:1000—1441(2007)05—0451—06 多波多分量地震波场数值模拟及分析 刘军迎,雍学善,高建虎,杨午阳 (中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院西北分院,甘肃兰州730020) 摘要:以多波多分量地表资料处理和解释为目的,利用波动方程数值模拟方法对多波多分量地震波场进行了分析和研究。通过单界面和双界面模型正演,对反射纵波(PP波)和转换横波(P-SV波)的识别及波场响应特征进行了研究:①P-SV波速度低,频率低,能量随偏移距的增加而增加,零偏移距处能量为零;②界面反射系数为正时P-SV波与PP波极性相反,界面反射系数为负时P-SV波与PP波极性一致;③Z分量和X分量地震记录都是PP波与P-SV波的混合信息;④X分量的PP波和P.SV波都是由两个极性相反的分支组成的。通过多界面模型正演,分析了转换波勘探的多解性,即地质上的同一个岩性界面有可能对应地震剖面上的两个甚至更多的同相轴。通过理论、模型和实际资料分析,探讨了多波多分量勘探中水平分量旋转处理存在的问题,即通过水平分量旋转处理获得的三分量记录仍然包含了全波场信息,指出通过极化分析,进行三分量同时旋转,可以实现纵波波场和横波波场的完全分离。最后讨论了PP波和P-SV波的分辨率,认为P-SV波的纵、横向分辨率均低于PP波。 关键词:多波多分量;波场特征;水平分量旋转;三分量旋转;波场分离;分辨率 中图分类号:P631.4文献标识码:A 数值模拟技术已广泛应用于油气勘探的各个阶段,如模型正演AVO研究[1],叠前深度偏移的初始速度模型建立[2],等等。数值模拟方法主要有两大类,即波动方程法和几何射线法[3]。几何射线法以研究波的运动学特征为主,适合地质构造的模拟与研究,但该方法缺乏对波的动力学特征的表征能力,不适合多波多分量地震波场的表征、刻画和研究;波动方程法具有同时表征波场的运动学特征和动力学特征的能力,是地震波(包括P波、PS波等)的传播机理、波场响应特征研究和分析的有力工具。 有人利用Aid近似公式进行多波多分量记录合成,研究弹性参数的反演问题[4],但因为基于褶积模型,不算真正意义上的模型正演。我们利用全波场波动方程数值模拟技术分析了多波多分量地震波场的传播特征和地层响应特征;对目前的水平分量旋转处理技术进行了讨论,指出其存在的不足,给出了应对策略,同时还对转换横波的地震分辨率进行了分析,为多波多分量资料处理和解释提供了参考依据。 1PP波、P-SV波的识别和波场特征研究 研究中遵循的指导思想是“由简单到复杂”:由单界面模型到多界面模型,由声波方程到弹性波方程,由单分量(Z分量)波场到多分量(Z分量、X分量)波场。 1.1PP波、P-SV波的识别 图1是设计的单界面模型,地层1的纵波速度为3000.00m/s,横波速度为1730.00m/s,密度为2.20g/C1.n3;地层2的纵波速度为4724.49m/s,横波速度为2737.45m/s,密度为2.57g/crn3。图2是弹性波动方程法模拟的单炮记录和波场快照,可以看出,转换横波(P_SV波)的同相轴位于反射纵波(PP波)同相轴的下方,曲率较大。这说明P_SV波传播速度较小,在同一反射层、同一反射/转换点的情况下,旅行时较大。由公式 vf,s一2vpvs/(Vp—l—vs) 及 to==2h/v 也可以得出这样的结论,并且P-SV波和PP波的速度差异越大,二者分得越开,在单炮记录或地震剖面上就越容易识别。 图1单界面模型 收稿日期i2006—12—04;改回日期:2007—03—01。 作者简介:刘军迎(1966一),男,高级工程师,现从事多波多分量地 震波场数值模拟和资料解释等研究工作。 万方数据

地震波运动学理论

第二章地震波运动学理论 一、名词解释 1. 地震波运动学:研究在地震波传播过程中的地震波波前的空间位置与其传播时间的关系,即研究波的传播规律,以及这种时空关系与地下地质构造的关系。 2. 地震波动力学:研究地震波在传播过程中波形、振幅、频率、相位等特征的及其变化规律,以及这些变化规律与地下的地层结构,岩石性质及流体性质之间存在的联系。 3. 地震波:是一种在岩层中传播的,频率较低(与天然地震的频率相近)的波,弹性波在 岩层中传播的一种通俗说法。地震波由一个震源激发。 4. 地震子波:爆炸产生的是一个延续时间很短的尖脉冲,这一尖脉冲造成破坏圈、塑性带,最后使离震源较远的介质产生弹性形变,形成地震波,地震波向外传播一定距离后,波形逐渐稳定,成为一个具有2-3个相位(极值)、延续时间60-100毫秒的地震波,称为地震子波。地震子波看作组成一道地震记录的基本元素。 5.波前:振动刚开始与静止时的分界面,即刚要开始振动的那一时刻。 6.射线:是用来描述波的传播路线的一种表示。在一定条件下,认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所观测的一点P。这是一条假想的路径,也叫波线。射线总是与波阵面垂直,波动经过每一点都可以设想有这么一条波线。 7. 振动图和波剖面:某点振动随时间的变化的曲线称为振动曲线,也称振动图。地震勘探中,沿测线画出的波形曲线,也称波剖面。 8. 折射波:当入射波大于临界角时,出现滑行波和全反射。在分界面上的滑行波有另一种特性,即会影响第一界面,并激发新的波。在地震勘探中,由滑行波引起的波叫折射波,也叫做首波。入射波以临界角或大于临界角入射高速介质所产生的波 9.滑行波:由透射定律可知,如果V2>V1 ,即sinθ2 > sinθ1 ,θ2 > θ1。当θ1还没到90o时,θ2 到达90o,此时透射波在第二种介质中沿界面滑行,产生的波为滑行波。 10.同相轴和等相位面:同向轴是一组地震道上整齐排列的相位,表示一个新的地震波的到达,由地震记录上系统的相位或振幅变化表示。 11.地震视速度:当波的传播方向与观测方向不一致(夹角θ)时,观测到的速度并不是波前的真速度V,而是视速度Va。即波沿测线方向传播速度。 12 波阻抗:指的是介质(地层)的密度和波的速度的乘积(Zi=ρiVi,i为地层),在声学中称为声阻抗,在地震学中称波阻抗。波的反射和透射与分界面两边介质的波阻抗有关。只有在Z1≠Z2的条件下,地震波才会发生反射,差别越大,反射也越强。 13.纵波:质点振动方向与波的传播方向一致,传播速度最快。又称压缩波、膨胀波、纵波或P-波。 14.横波:质点振动方向与波的传播方向垂直,速度比纵波慢,也称剪切波、旋转波、横波或S-波,速度小于纵波约0.7倍。横波分为SV和SH波两种形式。 15.体波:波在无穷大均匀介质(固体)中传播时有两种类型的波(纵波和横波),它们在介质的整个立体空间中传播,合称体波。 16共炮点反射道集:在同一炮点激发,不同接收点上接收的反射波记录,称为共炮点道集。在野外的数据采集原始记录中,常以这种记录形式。可分单边放炮和中间放炮。 17.面波:波在自由表面或岩体分界面上传播的一种类型的波。 18.纵测线和非纵测线:激发点与接收点在同一条直线上,这样的测线称为纵测线。用纵测线进行观测得到的时距曲线称为纵时距曲线。激发点不在测线上,用非纵测线进行观测得到的时距曲线称为非纵时距曲线。

地震波的选取方法 (MIDAS内部技术资料)

地震波的选取方法(MIDAS内部技术资料) (GB50011-2001)的 5.1.2条文说明中规定,正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。 频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同,简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。特征周期Tg 值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。 加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB50011-2001)中的表5.1.2-2采用。地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类,一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时,即指地震地面加速度值大于某值的时间总和,即绝对值|a(t)|>k*g的时间总和,k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时,即最先与最后一个k*amax之间的时段长度,k一般取0.3~0.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形,一般持续时间取结构基本周期的5~10倍。 说明: 有效峰值加速度EPA=Sa/2.5(1) 有效峰值速度EPV=Sv/2.5(2) 特征周期Tg=2*EPV/EPA(3)

1978年美国ATC-3规范中将阻尼比为5%的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa,将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱),上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。 上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV,1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。具体做法是:在对数坐标系中同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱,找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周期T1,然后在拟速度反应谱上选定平台段,其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期T1),结束周期为T2,将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa,拟速度反应谱在T1至T2之间的谱值求平均得Sv,加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5,按公式(1)、(2)、(3)求得EPA、EPV、Tg。 在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功能(工具地震波数据生成器,生成后保存为SGS文件),用户可利用保存的SGS文件(文本格式文件)根据上面所述方法计算Sv、Sa、Tg。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地和地震设计分组,然后将抗震规范中表5.1.2-2中的EPA值与Sa相比求出调整系数,将其代入到地震波调整系数中。将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒(建筑抗震规范规定)。 建筑抗震设计规范5.1.2条中规定,采用时程分析方法时,应按照场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟

模拟地震波传播可视化

模拟地震波传播的可视化研究 摘要:实验中选取了与地壳平均波速相近的光学玻璃作样品,利用动态光弹的成像系统,来观测波在光学玻璃及波从光学玻璃透射到水中的传播过程,并记录0~50μs内的波的传播过程,以此来模拟地震波在地壳中反射、透射等传播行为。 abstract: the experiments selected optical glass similar with average velocity, and used imaging system of dynamic photoelasticity to observe the communication process of light in optical glass and light refraction from optical glass to water, and record the wave transmission during 0~50μs,for simulating reflection and transmission of seismic wave in crust. 关键词:地震波;动态光弹;反射;透射 key words: seismic waves;dynamic photoelastic;reflection;transmission 中图分类号:p315.3+1 文献标识码:a 文章编号:1006-4311(2013)04-0297-02 0 引言 在地震勘探中,通常是通过检波器来记录地下地震波带来的信息,根据相应的数学和物理模型进行复杂的计算机处理以获得地下的构造情况,虽然地震勘探的相关理论有很大的发展,但是由于理论结果难以获得,并且对于复杂形状的结构,解析方法变得相当繁

基于Matlab实现的地震波场边界处理软件

基于Matlab实现的地震波场边界处理软件 姓名:姚嘉德学号:2015301130007 院系:资源与环境科学学院 摘要:用有限差分法模拟地震波场是研究地震波在地球介质中传播的有效方法。但我们在实验室进行波场数值模拟时有限差分网格是限制在人工边界里面,即引入了人工边界条件。本文采用Clayton_Engquist_Majda二阶吸收边界条件,通过MATLAB编程实现了这一算法。依靠MATLAB具有更加直观的、符合大众思维习惯的代码,为用户提供了友好、简洁的程序开发环境,方便同行们交流。利用Matlab本身所具有可视化功能以及像素识别功能,可以将生成的动画电影进行识别,用于地震局实时分析有着深远意义。 关键词:有限差分法,地震波场,吸收边界条件,MATLAB矢量帧,像素识别 Abstract:Modeling seismic wave field with the Finite Difference Method (FDM) is an effective method to study theseismic wave propagation in the earth medium. When we model seismic wave field in the laboratory, the finitedifference grids are restricted in the artificial boundary. So it should introduce the artificial boundary conditions. This paper adopts Clayton_Engquist_Majda second absorbing boundary conditions and realizes the arithmetic with MATLAB. The MATLAB codes are direct and accord with our thinking custom. So it can provide the friendlyand succinct programming environment and is easy to communicate with https://www.doczj.com/doc/db10483867.html,ing the functions of Matlab that make visualization come true and identify the pixel,we can identify the earthquake wave field. Key words: finite difference method, seismic wave field, numerical modeling, absorbing boundary conditions,MATLAB

碳酸盐岩储层地震波数值模拟影响因素分析

碳酸盐岩储层地震波数值模拟影响因素分析 通过对比分析已有井的钻测井资料,建立了基于单井的正演模型以及区域连井地质-地球物理模型,并且两者的储层正演响应特征规律性一致。分析讨论了模型建立过程中需考虑的影响因素:子波选择与旁瓣,围岩的尺度、位置、形状。揭示了发育不同厚度时的地震响应特征,进而正确认识了储层的地震相,在实际应用中取得了良好的效果。 标签:地震波数值模拟;有限差分法;碳酸盐岩储层;影响因素 1 概述 在地震勘探中,地震波数值模拟又称地震正演,可供正确认识储层的地震响应特征,为储层预测提供基础。通过分析不同厚度、岩性组合对地震响应的影响,建立储层和地震响应特征之间的联系,為应用地震资料进行储层预测提供一定的依据。地震波数值模拟方法主要分为射线追踪法和波动方程法两类,而其中波动方程法因其能够提供更丰富的波场信息而得到了更加广泛的应用。基于波动方程的数值模拟按照算法不同又分为有限差分法、伪谱法、有限元法及谱元法等,其中有限差分法是最为流行的方法之一[1]。文章采用地震波数值模拟的最常用的波动方程有限差分法正演模拟对下二叠统的储层特征进行了正演影响因素分析实验。 2 基本原理 3 储层正演影响因素分析 在研究区范围内,栖霞组以深灰色厚层状石灰岩为主,含泥质条带及薄层,具灰黑色生物碎屑灰岩、藻灰岩、藻团粒灰岩互层。栖霞组与下伏梁山组黑色含煤岩系及上覆茅口组浅灰色块状灰岩均为整合接触。结合区域地质认识、地震、钻井、测井资料及已有研究成果,建立如图1所示的正演模型。茅口组整体发育大套灰岩,在茅口组底部普遍性发育的一套泥灰岩,由于物性差异较大,对实验结果影响较大。模型仅在透镜体一侧设计了一定厚度的泥灰岩,从实验结果中可以得到效果对比。储层发育在栖霞组上部,储层厚度透镜状变化由中间70米向两侧逐渐减薄,直至储层不发育。在下伏地层中,梁山组黑色含煤系地层虽然很薄(十米左右),但地震波阻抗差异更大,同样不可忽视。 根据上述建立的地质-地球物理正演模型,选用接近实际地震资料的子波进行正演实验。实验选用了30Hz理论Puzirov子波和Riker子波两种不同子波,其中,Puzirov子波波形与Riker子波波形相似均为零相位子波,但旁瓣能量较弱并且能量延续时间较短,具有更高的分辨率。两种不同子波模型正演结果分别如图2所示,图2a是选用30Hz Puzirov子波的结果,图2b则是同一频率常用的Riker 子波的正演结果。总体而言,选用Puzirov子波的正演剖面中,波形信息更加丰富,具有更高的分辨率。在细节刻画方面,图2a中随着储层厚度增大,储层顶

地震波数值模拟方法研究综述.

地震波数值模拟方法研究综述 在地学领域,对于许多地球物理问题,人们已经得到了它应遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)和相应的定解条件,但能用解析方法求得精确解的只是少数方程性质比较简单,且几何形状相当规则的问题。对于大多数问题,由于方程的非线性性质,或由于求解区域的几何形状比较复杂,则不能得到解析解。这类问题的解决通常有两种途径。一是引入简化假设,将方程和几何边界简化为能够处理的情况,从而得到问题在简化状态下的解答。但这种方法只是在有限的情况下是可行的,过多的简化可能导致很大的误差甚至错误的解答。因此人们多年来寻找和发展了另一种求解方法——数值模拟方法。 地震数值模拟(SeismicNumericalModeling)是地震勘探和地震学的基础,同时也是地震反演的基础。所谓地震数值模拟,就是在假定地下介质结构模型和相应的物理参数已知的情况下,模拟研究地震波在地下各种介质中的传播规律,并计算在地面或地下各观测点所观测到的数值地震记录的一种地震模拟方法。地震波场数值模拟是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,这种地震数值模拟方法已经在地震勘探和天然地震领域中得到广泛应用。 地震数值模拟的发展非常迅速,现在已经有各种各样的地震数值模拟方法在地震勘探和地震学中得到广泛而有效

的应用。这些地震波场数值模拟方法可以归纳为三大类,即几何射线法、积分方程法和波动方程法。波动方程数值模拟方法实质上是求解地震波动方程,因此模拟的地震波场包含了地震波传播的所有信息,但其计算速度相对于几何射线法要慢。几何射线法也就是射线追踪法,属于几何地震学方法,由于它将地震波波动理论简化为射线理论,主要考虑的是地震波传播的运动学特征,缺少地震波的动力学信息,因此该方法计算速度快。因为波动方程模拟包含了丰富的波动信息,为研究地震波的传播机理和复杂地层的解释提供了更多的佐证,所以波动方程数值模拟方法一直在地震模拟中占有重要地位。 1地震波数值模拟的理论基础 地震波数值模拟是在已知地下介质结构的情况下,研究地震波在地下各种介质中传播规律的一种地震模拟方法,其理论基础就是表征地震波在地下各种介质中传播的地震波传播理论。上述三类地震波数值模拟方法相应的地震波传播理论的数学物理表达方式不尽相同。射线追踪法是建立在以射线理论为基础的波动方程高频近似理论基础上的,其数学表形式为程函方程和传输方程。积分方程法是建立在以惠更斯原理为基础的波叠加原理基础上的,其数学表达形式为波动方程的格林函数域积分方程表达式和边界积分方程表达式。波

Midas地震波的选取方法

地震波的选取方法 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定,正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。 频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同,简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。 加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。 持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时T d的定义可分为两大类,一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时,即指地震地面加速度值大于某值的时间总和,即绝对值|a(t)|>k*g的时间总和,k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时,即最先与最后一个k*a max之间的时段长度,k一般取0.3~0.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形,一般持续时间取结构基本周期的5~10倍。 说明: 有效峰值加速度 EPA=Sa/2.5 (1) 有效峰值速度 EPV=Sv/2.5 (2) 特征周期 Tg = 2π*EPV/EPA(3) 1978年美国ATC-3规范中将阻尼比为5%的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa,将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱),上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。 上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV,1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。具体做法是:在对数坐标系中同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱,找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周期T1,然后在拟速度反应谱上选定平台段,其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期T1),结束周期为T2,将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa,拟速度反应谱在T1至T2之间的谱值求平均得Sv(注:生成谱的时候一定要用对数谱),加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5,按公式(1)、(2)、(3)求得EPA、EPV、Tg。 在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功能(工具>地震波数据生成器,生成后保存为SGS文件),用户可利用保存的SGS文件(文本格式文件)根据上面所述方法计算Sv、Sa、Tg=Sv/Sa。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地和地震设计分组,然后将抗震规范中表5.1.2-2中的EPA值与Sa相比求出调整系数(即放大系数),将其代入到地震波调整系数中。将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒(建筑抗震规范规定)。 建筑抗震设计规范5.1.2条中规定,采用时程分析方法时,应按照场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。所谓“在统计意义上相符”指的是,其平均影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在各周期点上相差不大于20%。 在MIDAS程序中,可选取两组实际强震记录生成两个SGS文件(调整Sa后的),然后将一组人

midas数值模拟软件应用

某露天煤矿4-4剖面边坡稳定性分析与沿走向开采 的数值模拟 1概况 以实测4-4剖面为分析对象(如图1),根据钻孔资料确定上覆岩层属性,建立数值模拟分析模型,模型走向长300m、倾向234.17 m、高度为117.975m,模拟计算时需要考虑排土场附加荷载的影响。排土场高15.414m,其坡角35°,距离露天坡肩距离30m。具体各层参数如表1. 图1 实测4-4剖面分布图 表1岩体力学参数表 岩性 密度/ 103kg/m3 内摩擦角/° 凝聚力 /kPa 泊松比 弹性模量 /MPa 抗压强度/ MPa 表土 1.58 24 14 0.23 31.5 砂岩 2.537 33 111 0.25 5000 2.43 泥岩 2.314 34 52 0.35 1250 1.09 煤 1.45 32.7 201 0.30 1200

2二维数值模型 排土场高15m,其坡角35°,距离露天坡肩距离30m。二维模型共有1580个节点,1239个单元(如图2)。破坏判据采用莫尔-库仑准则。 2.1 二维网格划分 图2 4-4剖面二维数值模型 2.2 二维模型稳定性分析 2.2.1 稳定系数:1.3875 2.2.2 位移及应力云图如图2.2.2(a)、(b) 图2.2.2(a)4-4剖面Z方向位移变化色谱图

图2.2.2(b)4-4剖面Z方向应力变化色谱图 3三维模型 三维模型共有24692个节点,29736个单元(如图3)。破坏判据采用莫尔-库仑准则。模型参数取表1。沿走向开挖10步,前3步20m,中间4步10m,后3步20m,共开挖160m。 图3 4-4剖面三维数值模型 3.1第一步开挖 3.1.1位移云图

反应谱理论与人工模拟地震波技术简介

第33卷第26期?106?2007年9月山西建筑 SHANXIARCHITECTURE Vd33No.26 Sep.2007 文章编号:1009—6825{2007)26—0106—03 反应谱理论与人工模拟地震波技术简介 邱玉国王玉富 摘要:介绍了反应谱理论的发展历程和国内外研究现状,分析了研究问题的思路,指出了利用反应谱理论来解决实际工程时遇到的问题,并简单介绍了国外对人工模拟地震波技术的应用和研究,为抗震理论提供了参考依据。 关键词:反应谱理论,地震波,随机振动,非弹性地震波 中图分类号:TU352文献标识码:A 1概述 反应谱理论是建筑结构抗震设计的重要理论基础之一。从20世纪50年代开始,反应谱理论逐渐成为结构抗震设计的重要方法,经过50多年的发展,目前这种方法已经为世界上大多数国家的设计规范所采用。但是,由于地震产生机理和作用效果的复杂性,采用反应谱理论进行分析和设计与工程实践还存在很多与实际不相符合之处。此外,对于反应地震重要特性的时间问题,反应谱法也无能为力。 人工模拟地震波技术是近年来才发展起来的一项新的结构抗震设计的技术手段,目前主要用于计算机模拟和特别重要结构模型的振动台试验。它能够通过模拟地震波的特性来用于对结构进行时程分析,是~种新兴的、具有革命性意义的试验手段。 图2数值模拟结果2.3计算结果分析 通过数值模拟和试验得到瓦斯管承载力等数值如表2所示。 表2数值模拟和试验结果 I研究方法承载力仆但a最大应变/%最大剪应力/SPaI数值模拟7.14O.0842160室内试验6.620.0964 3结语 通过对丁集煤矿瓦斯管材质和整体抗外压的试验研究以及数值模拟分析,可以获得如下重要结论: 1)通过对管材材质的试验研究表明:工作管材质采用Q345,尺寸为柘30rfllTl×14inln,能够满足强度和稳定性要求。 2)瓦斯管整体抗外压试验结果表明:工作管抗外压承载力为6,62MPa;通过大变形有限元数值计算,采用变形稳定性控制其承载力,结果为7.14MPa,两者数值十分接近,说明用文中方法模拟大直径瓦斯管的承载力是可行的。 参考文献: [1]李正来.瓦斯抽排钻孔定向技术的改进[J].安徽科技,2006(3):49—50. [2]汪东生.瓦斯抽排技术治理本煤层采空区瓦斯涌出的实践[J].煤矿安全,2006(1):13—15. [3]张敦伍,任胜杰.瓦斯抽排钻孔防偏斜实践[J].矿业安全与环保,2005(8):67—68. [4]刘克功,范再良,赵新华.采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯超限[J].煤,1998(2):48—50. Studyingonradialstabilitynumericalsimulationoflargepipeinmine TONGWen-lin Abstract:TheexperimentalandvaluesimulationmethodshavestudiedtheDingiicoalminelargediametergastubeundermechanicscharacter—istie.Resultindicated:thelargediametergastubeispresentedstabilityfailuremodelinencirclespressesshape,itssafetyfactorreaches3.0,itisdesignthelargediametergastubeandtheconstructpmvidesthereference. Keywords:largediametergastube,experimentalinlab,numericalsimulation,stabilityfailuremodel 收稿日期:2007.04.06 作者简介:邱玉国(1973。),男,工程师,辽宁工程技术大学软件学院,辽宁阜新123000 王玉富(1970.),男,工程师,中铁十九局集团第三工程有限公司,辽宁辽阳111000

地震波的选取方法

地震波的选取方法 2010-10-20 22:32:00| 分类:默认分类|举报|字号订阅 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定,正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话 的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件) 应与要分析的结构物所处场地的相同,简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。特征周期 Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。 加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。 持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类,一类是以 地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时,即指地震地面加速度值大于某值的时间总和,即绝对 值|a(t)|>k*g的时间总和,k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时,即最先与最 后一个k*amax之间的时段长度,k一般取0.3~0.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形,一般 持续时间取结构基本周期的5~10倍。 说明: 有效峰值加速度EPA=Sa/2.5 (1) 有效峰值速度EPV=Sv/2.5 (2) 特征周期Tg = 2π*EPV/EPA (3) 1978年美国ATC-3规范中将阻尼比为5%的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平

为Sa,将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度 反应谱),上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。 上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV,1990年的《中国地震烈度区划图》采 用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。具体做法是:在对数坐标系中 同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱,找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周 期T1,然后在拟速度反应谱上选定平台段,其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期 T1),结束周期为T2,将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa,拟速度反应谱在T1至T2 之间的谱值求平均得Sv,加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5,按公式 (1)、(2)、(3)求得EPA、EPV、Tg。 在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功能(工具>地震 波数据生成器,生成后保存为SGS文件),用户可利用保存的SGS文件(文本格式文件)根据上面所 述方法计算Sv、Sa、Tg。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地和地震设计分组,然后将 抗震规范中表5.1.2-2中的EPA值与Sa相比求出调整系数,将其代入到地震波调整系数中。将地 震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒(建筑抗震规范规定)。 建筑抗震设计规范5.1.2条中规定,采用时程分析方法时,应按照场地类别和设计地震分组 选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲

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地震波的定义

地震波的定义 地震是地壳的一切颤动,是一种自然现象。其主要能源来自地球的内部,是由地球内部自然力冲击引起的。地壳或地幔中发生振动的地方称为震源。震源在地面上的垂直投影称为震中。震中到震源的距离称为震源深度。地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面,将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 发生原理 英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地球内 地震波 部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面,将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时,震源区的介质发生急速的破裂和运动,这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性,这种波动就向地球内部及表层各处传播开去,形成了连续介质中的弹性波。 概念介绍 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面,将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。传播方式 地震波按传播方式分为三种类型:纵波、横波和面波[1]。纵波是推进波,地壳中传播速度为5.5~7千米/秒,最先到达震中,又称P波,它使地面发生上下振动,破坏性较弱。横波是剪切波:在地壳中的传播速度为3.2~4.0千米/秒,第二个到达震中,又称S波,它使地面发生前后、左右抖动,破坏性较强。面波又称L波,是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 纵波和横波 现象介绍 我们最熟悉的波动是观察到的水波。当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱,

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化 摘要:目前我国规范要求结构计算中地震作用的计算方法一般为振型分解反应 谱法。时程分析法作为补充计算方法,在不规则、重要或较高建筑中采用。进行 时程分析时,首先面临正确选择输入的地震加速度时程曲线的问题。时程曲线的 选择是否满足规范的要求,则需要首先将时程曲线进行单自由度反应计算,得到 其反应谱曲线,并按规范要求和规范反应谱进行对比和取舍。本文通过介绍常用 的数值计算方法及计算步骤,实现将地震加速度时程曲线计算转化成反应谱曲线,从而为特定工程在时程分析时地震波的选取提供帮助。 关键词:时程分析,地震波,反应谱,动力计算 1 地震反应分析方法的发展过程 结构的地震反应取决于地震动和结构特性。因此,地震反应分析的水平也是随着人们对 这两个方面认识的深入而提高的。结构地震反应分析的发展可以分为静力法、反应谱法、动 力分析法这三个阶段。在动力分析法阶段中又可分为弹性和非弹性(或非线性)两个阶段。[1] 目前,在我国和其他许多国家的抗震设计规范中,广泛采用反应谱法确定地震作用,其 中以加速度反应谱应用得最多。反应谱是指:单自由度弹性体系在给定的地震作用下,某个 最大反应量(如加速度、速度、位移等)与体系自振周期的关系曲线。反应谱理论是指:结 构物可以简化为多自由度体系,多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体 系反应的组合,每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。其优点是物理概念清晰, 计算方法较为简单,参数易于确定。 反应谱理论包括如下三个基本假定:1、结构物的地震反应是弹性的,可以采用叠加原理 来进行振型组合;2、现有反应谱假定结构的所有支座处地震动完全相同;3、结构物最不利 的地震反应为其最大地震反应,而与其他动力反应参数,如最大值附近的次数、概率、持时 等无关。[1] 时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由 于此法是对运动方程直接求解,又称直接动力分析法。可直接计算地震期间结构的位移、速 度和加速度时程反应,从而描述结构在强地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化,以及结 构构件逐步开裂、屈服、破坏甚至倒塌全过程。 根据我国《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)(以下简称《抗规》)第5.1.2-3条要求,特 别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多 遇地震下的补充计算。此外《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) (以下简称《高规》)第4.3.4条也有相关要求。 2 时程分析时地震波的选取要求 在进行时程分析时,首先面临地震波选取的问题。所选的地震波需要符合场地条件、设 防类别、震中距远近等因素。《抗规》对于地震波的选取主要有以下几点要求: 1、当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法 的较大值;当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反 应谱法的较大值(其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3)。 2、弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计 算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计 算结果的80%。 3、多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数 曲线在统计意义上相符。根据规范条文说明,所谓“统计意义上相符”指的是,多组时程波的 平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主 要振型的周期点上相差不大于20%。但计算结果也不能太大,每条地震波输入计算不大于135%,平均不大于120%。 4、时程曲线要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规

有关地震和地震波的基本概念

教师启发学生活动

教学过程【导入新课】同刮风下雨一样,地震是一种自然 现象,这种自然现象与地球内部运动有关。地震 时,地面上下颠,左右晃,颠簸震撼,“如行舟于 江河大海之中”今天我们就共同来了解一下有关 地震和地震波的基本概念。 【讲授新课】 【板书】 一、震源,震中和震源深度 震源:地球内部发生地震的部位 震中:地面上正对震源的地方 震中分类:微观震中 宏观震中 【讲解】 平常所说的震中一般是指微观震中,是由地震仪 器记录到的震相确定的。宏观真震中是地震破坏 最严重的中心。因地壳结构的不均匀性,断裂错 动情况的差异性等原因,微观震中和宏观震中一 般是不一致的,但相去不远,一般相差10千米内。 【板书】 震源深度:从地面到震源的距离 震源深度分类:浅源地震 中源地震 深源地震 【讲述】 类别震源深震例 同学们共同阅读课本震源、震中 和震源深度,之后共同来学习 课题有关地震和地震波的基本概念课时 1 时间

教学内容震源,震中距和震源深度,纵波和横波,震中距,地震三要素,震级、烈度和等震线 教学目标 通过对地震基本知识的了解,让学生掌握有关地震的一些基本概念,并且让学生学到一些基本的地震常识。 德育目标了解灾难,学会在灾难中迅速逃生,急中生智教学重点震源,震中和震源深度 教学难点横波和纵波 板书设计一、震源,震中和震源深度 震源:地球内部发生地震的部位 震中:地面上正对震源的地方 震中分类:微观震中 宏观震中 二、纵波和横波 纵波:方向:与波的传播方向一致 传播地点:在地球内部传播 过程:在传播过程中,物质发生体积胀缩变化,传播速度较快。 横波:方向:震动方向与波传播的方向垂直 过程:物质发生剪切变形,体积不变 传播地点:只能通过固体传播,不能通过液体或气体传播,传播速度较慢。 三、震中距 类别地面现象 地方震100千米以内 近震100~1000千米 远震1000千米以外 四、地震三要素 地震发生的时间 地点 震级 五、震级、烈度和等震线 1、震级:地震本身能量的大小 2、烈度 3、震级与烈度的关系 4、等震线 教观察初中学生对于地震灾害的默写只是的理解和接受程度,决定自己的讲

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