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【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。
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。
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]。
基于粘弹性边界在重力坝动力分析中的应用
秦得顺;郭永刚;苏立彬;罗卫艳;王国闻
【期刊名称】《云南水力发电》
【年(卷),期】2024(40)3
【摘要】在重力坝动力分析中,选择合适的人工边界条件可以比较精准地模拟波在模型地基边界位置的传播特点,提高数值分析结果的精度。
以西藏藏木重力坝为案例,采用有限元方法,对不同条件下重力坝的动力响应规律进行对比分析。
分别从不同边界条件及不同输入地震动两个方面分析比较,结果表明:同传统的固定边界相比,粘弹性边界条件能够准确地模拟重力坝在地震动力作用下的响应。
【总页数】4页(P74-77)
【作者】秦得顺;郭永刚;苏立彬;罗卫艳;王国闻
【作者单位】西藏农牧学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV312;TV642.3
【相关文献】
1.粘弹性人工边界在重力坝地震分析中的应用
2.基于ABAQUS的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用
3.粘弹性边界在流固耦合系统动力分析中的应用
4.基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用
5.粘-弹性人工边界在重力坝动力分析中的应用
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基于黏弹性人工边界的高重力坝动力特性分析作者:徐威赵臻真王岳张雪才来源:《人民黄河》2021年第12期摘要:高重力坝地震响应分析是确保建筑物设计合理、评价其抗震特性的重要环节。
从波动理论出发,基于Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,得到黏弹性人工边界及其相应地震动的输入方法。
通过无质量地基模型和有质量黏弹性人工边界地基模型的对比分析,说明采用人工边界模型在考虑地基的辐射阻尼效应后,能显著降低坝体的动力响应,在一定程度上更符合真实地基情况,而采用无质量地基模型进行坝体的抗震分析偏于保守。
通过工程实例验证了本文黏弹性人工边界及其相应地震动的输入方法简单有效,易于实现,同时能保证一定的精度,适合于高混凝土重力坝抗震分析。
关键词:高重力坝;地震响应分析;黏弹性人工边界;地震动输入方法;ABAQUS二次开发中图分类号:TV642.4;TV312文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.023引用格式:徐威,赵臻真,王岳,等.基于黏弹性人工边界的高重力坝动力特性分析[J].人民黄河,2021,43(12):118-122.Abstract: The seismic response analysis of high gravity dam is an important step to ensure the reasonable design of buildings and evaluate their seismic characteristics. Based on the wave theory,the input method of viscoelastic artificial boundary and corresponding ground motion was obtained in the ABAQUS software, which was redeveloped based on Python language. Then the rationality of the method was proved by a simple example and applied to a gravity dam project. The results show that the method is simple, effective, easy to implement and it can ensure certain accuracy, which is suitable for the seismic analysis of a high concrete gravity dam.Key words: high gravity dam; seismic response analysis; viscoelastic boundary condition; method of earthquake input; secondary development of ABAQUS1 研究背景隨着水电事业的蓬勃发展及环保理念的日益深化,我国政府把水能资源作为能源战略和能源安全的积极发展领域,强调在贯彻全面协调、统筹兼顾、保护生态、发挥综合效益原则的基础上,实现人与自然和谐相处,促进经济社会可持续发展。
基于ABAQUS的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用
作者:郝明辉, 张艳红, 陈厚群, HAO Ming-hui, ZHANG Yan-hong, CHEN Hou-qun 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
刊名:
中国水利水电科学研究院学报
英文刊名:Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research 年,卷(期):2012,10(2)
1.刘云贺;张伯艳;陈厚群拱坝地震输入模型中黏弹性边界和黏性边界的比较 2006(06)
2.谷音;刘晶波;杜义欣三维一致黏弹性人工边界及黏弹性边界单元 2007(12)
3.廖振鹏工程波动理论导引 1996
4.Getting Started with Abaqus(interactive edition) 2009
5.王金昌;陈页开ABAQUS在土木工程中的应用 2006
6.李彬地铁地下结构抗震理论分析与应用研究[学位论文] 2005
7.何建涛地震作用下大坝-地基体系的损伤破坏研究 2010
本文链接:/Periodical_zgslsdkxyjyxb201202007.aspx。
第27卷第9期 岩 土 力 学 V ol.27 No.9 2006年9月 Rock and Soil Mechanics Sep. 2006收稿日期:2004-11-17基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(No 2002CB412709)作者简介:邱流潮,男,1971生,讲师,主要从事土工结构抗震研究。
E-mail: qiuliuchao@文章编号:1000-7598-(2006) 09-1501-04地震分析中人工边界处理与地震动输入方法研究邱流潮1,金 峰2(1.中国农业大学 应用力学系,北京 100083;2.清华大学 水利水电工程系,北京 100084)摘 要:基于柱面波波动方程,推导建立了适用于土-结构地震动力相互作用分析的地震动输入和人工边界的处理方法。
其中,地震动的输入是通过在人工边界上施加等效节点力来实现的,等效节点力的大小与入射地震波波速成正比;而人工边界的处理方法使得人工边界条件不仅在时间上是局部的,而且在空间上也是局部的。
这种处理方法简单、有效,物理意义清晰,且很容易在有限元法中实现,结合Newmark 时间积分是无条件稳定的。
为了验证方法的有效性和精度,给出了两个算例,分别用于检验人工边界条件的性能以及地震动输入方法的正确性。
算例分析结果表明,所提出的方法是十分有效的。
关 键 词:土-结构相互作用;人工边界;地震动输入;地震响应分析;有限元法 中图分类号:TU 311.3 文献标识码:AStudy on method of earthquake input and artificial boundary conditions forseismic soil–structure interaction analysisQIU Liu-chao 1, JIN Feng 2(1.Department of Applied Mechanics, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2.Department of Hydraulic and Hydropower Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Based on the cylindrical wave equation, a method of earthquake input and artificial boundary for seismic soil–structure interaction analysis is presented. The artificial boundary condition is local in both time and space and the earthquake input is implemented at the base of the finite computational domain through a set of nodal equivalent forces, which is proportional to the velocity of the incident seismic wave. The proposed method is simple but efficient; and it can be implemented in finite element method without difficulty. Moreover, the time-stepping algorithm based on Newmark’s method in conjunction with this method is unconditionally stable. Two Numerical examples were conducted to verify the validity and accuracy of the method. Key words: soil–structure interaction; artificial boundary; seismic input; seismic response analysis; finite element method1 引 言近年来,我国土木工程建设正处于蓬勃发展时期,其中,一批已建和正在建设的大型水利工程以及其它一些生命线工程都处于强震高发区,对这些工程进行深入的地震反应分析具有极其重要的现实意义。
•岩土工程与地下工程•粘弹性边界条件的实现及在地震动场地效应研究中的应用黄云,奉建军(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031 #【摘要】文章主要介绍了粘弹性边界以及在粘弹性边界上地震波震源的加载方法。
在ABAQUS有 限元软件上完成了粘弹性边界的施加,数值模拟结果表明该边界能有效地吸收边界上反射波动的能量。
在此基础上将其应用于地震动场地效应研究中,得到了地表峰值位移与场地覆盖层土层剪切波速及厚度的响应规律。
【关键词】粘弹性边界;地震动场地效应;放大系数【中图分类号】P315.72+7在地震 数值模拟 中,建有寸的模型来模拟半 空间,这 常需要在模型的边界 拟的界来吸收边界上的波动 ,从 界反射。
在一维波动理论的基础之上,Lysmer和Kuhlemeyer[1]提 出性边界条件,采用 性阻尼器来模拟无穷远界。
意义明确,处方法简单,但在低频失稳、精度不够和不能模拟地基弹性 的。
在面波动的理基础之上,Deek[2]提出 维时域人工边界条件。
在Deek的基础之上,刘 等[3]提出 维时域粘弹性边界条件,并且在球面波的 基础上又推导 维时域粘弹性界。
1粘弹性边界条件依据刘晶波等[3]提出的粘弹性边界条件,其等效物理系统的弹簧的刚度系数与阻尼器的阻尼系数分别为-切向边界:jz_G pB T_ ^ T,^B T■_P+s(1)法向 界-〇_G+K T_ 〇;N1,^ N T'_p+p(2)中-〇B&与〇B N分别为弹簧的切向刚度与法向刚度;+ B&与+B K别为切向阻尼系数与法向阻尼系数;I为波源 人工边界点的距离;+>和+和别为*5波和@速;=为介质的剪切模量;P为介质质量密度;"K和分别粘弹性边界条件的法向参数与切向参数。
在维中"&取值的区间建议在[0+5,0+5],"K取值的区间建议在[0.8, 1.2]。
本文取值为"& ( 〇•5,"k( 1。
ABAQUS粘弹性边界及地震荷载施加的简单实现(Matlab生成input文件)思路粘弹性边界因为能够考虑地基辐射阻尼而使得结构抗震的计算结果更趋于合理,所以在需要考虑结构地基相互作用的结构抗震计算时,是较为常用的地基边界处理和地震荷载施加方法。
而ABAQUS软件是经常用来进行结构响应分析的有限元软件。
下面介绍一种在ABAQUS中实现粘弹性边界及地震荷载施加的方法。
粘弹性边界是通过在有限元模型的地基边界节点上施加弹簧阻尼器实现的,在ABAQUS中的实现有以下几种方法:第一种,通过ABAQUS自有的弹簧单元spring单元和阻尼单元dashpot实现,具体的单元参数可以参考文献[1],这种较为精确;第二种是通过ABAQUS的UEL子程序实现,可以看下文献[2];还有一种是等效单元替代的方法,就是在地基周围加一层单元,然后设置近似的材料参数,参考文献[3],这一种精度较差,但实现起来较为简单。
我采用的是第一种方法,但操作起来较为繁琐,具体程序及过程后面介绍。
采用粘弹性边界,其配套的地震荷载输入方法就是在已知输入地震位移和速度的情况下,计算各个时刻地基边界各个结点上应当施加的集中力荷载,然后施加荷载,一步一步的进行计算。
地震荷载的施加在ABAQUS中也有两种不同的思路,文献[2]中的方法是通过ABAQUS的DLOAD和UTRACLOAD两个子程序实现。
DLOAD子程序用于施加边界面的法向荷载,UTRACLOAD用于施加边界面的切向荷载。
而文献[1]中则是将边界上每一个节点每个时刻的力都计算出来,然后导入到ABAQUS中作为幅值数据,对每个对应节点施加。
我最初的想法是两篇文章的思路各取一半,用文献[1]的方法实现粘弹性边界,用文献[2]的方法施加地震荷载。
然而尝试了很久,发现这样做的效果并不是太好,可能我编的程序哪儿还是有问题吧。
最后放弃了,统一采用文献[1]的方法实现,具体实现采用MATLAB语言生成ABAQUS的input文件,然后将生成的input文件在模型文件的指定位置插入,用ABAQUS运行即可。
三维饱和地基人工黏弹性边界
三维饱和地基人工黏弹性边界
三维饱和地基人工黏弹性边界(3D Saturated Soil Artificial Viscoelastic Boundary)是一种用于改善现有地基稳定性的技术。
它
有助于提高地基的稳定性和抗震性,避免地基沉降和滑动等问题,从
而确保建筑物的安全。
三维饱和地基人工黏弹性边界的核心是把一层黏弹性材料(如橡胶、
橡胶和聚合物的混合物等)放置在地基上,形成一个“边界”,增加
地基的稳定性。
它可以针对不同的地基条件进行灵活的安装,可以提
高地基的承载力和抗震性,同时也可以降低地基的渗透率,从而避免
地基沉降和滑动等问题。
另外,三维饱和地基人工黏弹性边界还可以降低建筑物的受力和振动,减少振动噪声,提高建筑物的稳定性和使用寿命。
它还可以提供抗冲
击能力,减轻地震时的冲击力,有效防止地震造成的损坏。
总之,三维饱和地基人工黏弹性边界是一种非常有效的技术,它可以
改善地基的稳定性和抗震性,避免地基沉降和滑动等问题,确保建筑
物的安全性。
《基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法研究》篇一一、引言在地震工程领域,场地对地震波的响应和传播具有极其重要的影响。
针对水平层状场地的地震反应分析,尤其是其边界条件的处理,是当前研究的重要课题。
其中,黏弹性边界方法因能够更好地模拟场地与地震波的相互作用,受到广泛关注。
本文将重点探讨基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法的研究。
二、黏弹性边界方法概述黏弹性边界方法是一种用于模拟地震波在场地中传播的方法。
该方法通过引入黏弹性材料模型,模拟场地与地震波的相互作用,从而更准确地预测场地的地震反应。
在水平层状场地中,由于地层结构和材料的复杂性,黏弹性边界方法的运用显得尤为重要。
三、等效零时刻点概念等效零时刻点是指在地震动作用下,场地达到某种稳定状态时的时间点。
在地震波传播过程中,等效零时刻点的确定对于场地反应分析具有重要意义。
本文将等效零时刻点的概念引入到黏弹性边界方法中,通过分析等效零时刻点前后场地反应的变化,进一步优化黏弹性边界方法的处理效果。
四、基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法在水平层状场地的黏弹性边界处理方法中,本文提出了基于等效零时刻点的优化策略。
首先,通过建立场地模型和地震动输入模型,确定等效零时刻点。
然后,在等效零时刻点前后分别进行场地反应分析,比较两种情况下的反应差异。
最后,根据差异结果调整黏弹性边界条件,优化场地反应分析的准确性。
五、研究方法与实验结果本研究采用数值模拟方法,通过建立水平层状场地模型和地震动输入模型,对基于等效零时刻点的黏弹性边界方法进行验证。
实验结果表明,基于等效零时刻点的黏弹性边界方法能够更准确地模拟场地与地震波的相互作用,提高场地反应分析的准确性。
同时,通过对不同地层结构和材料的处理,进一步验证了该方法的普适性和有效性。
六、结论与展望本文研究了基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法,通过引入等效零时刻点的概念,优化了黏弹性边界方法的处理效果。