飽和多孔介質粘彈性動力人工邊界及其在隧道動力分析中的應用.pdf

1、在高層、高壩和核電站等重大復雜結構的動力反應分析中，波動能量向無限域地基的逸散影響是重要的。飽和多孔介質在自然界中普遍存在，如飽和土，它是由固體骨架和孔隙流體組成。當兩者之間存在動力相互作用時，按飽和多孔介質分析比按單相固體介質分析更為科學、合理。由于飽和介質波動理論的復雜性及數學處理上的困難，有關飽和多孔介質動力響應研究的解析解僅局限于比較簡單的邊界情況。對于幾何形狀較復雜且存在近域介質非均勻和非線性的復雜情況，數值方法是有效的分析手

2、段。在無限或半無限空間的飽和多孔介質動力有限元分析中，通常采用有限模型的數值方法進行分析。為反映無約束域能量輻射效應影響，需引入虛擬的人工邊界條件和計算方法。虛擬人工邊界的處理方式和方法對模擬精度的影響較大。顯式有限元結合局部人工邊界的方法由于其時空解耦的特點，很適宜于上述復雜的近場波動問題的求解，獲得學術界和工程界的重視。 本文針對飽和多孔介質的人工邊界問題進行了研究，提出一種二維飽和多孔粘彈性動力人工邊界，基于飽和多孔介質本

3、構方程，采用平面波和遠場散射波疊加反映外行波傳播，以經驗參數反映人工邊界外行波動的衰減和多角度透射特性，在人工邊界處分別施加反映固相和液相介質傳播效應的彈簧及阻尼來模擬人工邊界以外的無限域介質對來自有限域的外行波的能量的吸收作用。 數值模擬算例表明本文提出的飽和多孔介質粘彈性動力人工邊界與擴展有限元結果相比具有很好的精度和穩(wěn)定性。 與現有的兩相介質粘性邊界、一階透射邊界、粘彈性邊界相比本文邊界具有更好的精度和穩(wěn)定性。