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在各国科研学者的努力下,场地地震反应分析方面的研究已取得了许多成果,得到了很多有意义的结论。但大部分研究都是针对水平成层或是简单的二维情况,而对于复杂三维模型,较少涉及。实际情况下,对于三维模型的研究是很必要的,因此本文考虑把透射边界条件引入到有限元方法中,对复杂三维模型进行了计算分析。
有限元分析是对真实情况的数值近似。它通过划分单元,求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量,用这一方法来模拟地震波传播的无限域是可行的。本文针对大型通用有限元程序ANSYS进行了二次开发,引入了多次透射边界条件。在计算中发现,与传统固定边界条件相比,多次透射边界条件存在着明显的优势,它能较好地模拟场地的无限性,在更接近于真实情况解的基础上,还降低了人工设置远置边界的计算规模。
本文在建模时考虑到真实情况下,土体是很复杂的,因此在分层时并非单一分为水平层,而是根据资料设置不同的土层属性,如密度,弹性模量,剪切波速,厚度等参数,尽可能真实地反映土体的情况,以求让分析结果具有更为广泛的现实意义。
对于地震动的输入并未采用较为常用的加速度时程来进行加载,而是采用了地震位移时程作为地震动的输入,免去了加速度积分到位移过程中产生的误差。
研究计算结果时发现,对于三维复杂模型,平坦基岩对地震波具有放大作用,而且土体中若存在软弱夹层,在该夹层处也有明显的放大作用。软弱夹层的厚度越大,影响越小;而软弱夹层埋深越深,放大作用就越不明显,并且存在一个临界值,突破该值后,将无明显变化。此结果表明,土层的不同属性对地震动的影响也是不同的,在地震安全性评价中具有一定意义。