基于快速多极边界元法三维饱和复杂场地地震波传播与散射宽频模拟

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878434
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0810.工程防灾
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The propagation characteristics of seismic waves in fluid-saturated rock and soil layers are significantly different from those in single-phased soil medium. Aiming at quantitative simulation of large-scale three-dimensional seismic wave motion in poroelastic complex sites, the inclined disc surface load and fluid-source dynamic Green's function in poroelastic layered half space and a full space are firstly derived based on the single-porosity and double-porosity models of saturated medium. Then a fast broadband multi-pole indirect boundary element method (FMM-IBEM) for inhomogeneous two-phased medium will be developed, combined with the multi-level multi-pole expansion technique: the Green's functions are expanded by Taylor series (low frequency) or by a plane wave expansion with diagonal transfer (high frequency). This new method can significantly reduce the storage and computation requirement of traditional method for solving large-scale problems. Based on the FMM-IBEM, we will study the scattering of seismic waves in wide-band frequencies by complex layered alluvial basin, valley, inclusions group, etc. Through a large amount of parametric analysis, this project strives to clarify the influence characteristics of the incident wave, the complex alluvial structure, the topography feature etc. on ground motion, to reveal the model conversion, the focusing effect and resonance scattering phenomenon in layered saturated sedimentary basins, and to quantitatively investigate the damping nature of multi-scattered waves around the inclusions and cracks. We will also analyze the dynamic changes of the pore water pressure and fluid, and the ground motion amplification characteristics at different depths. Finally, the research can provide new efficient algorithms for studying the wave motion in inhomogeneous saturated medium, and provide a theoretical basis for seismic zoning, the city planning and the seismic design of engineering structures for complex saturated sites.
地震波在流体饱和岩土层中传播特性同干土场地情况具有显著差异。针对大尺度饱和复杂场地三维地震波动模拟问题,首先基于单一/双重孔隙饱和两相介质模型,推导饱和层状半空间及全空间斜面圆盘荷载、流量、孔压动力格林函数;进而结合多层多极子展开技术,对格林函数进行泰勒级数展开(低频)和平面波展开及对角转移(高频),建立饱和两相不均匀介质宽频快速多极间接边界元法,大幅降低普通方法所需计算量与存储量。据此开展饱和复杂沉积盆地、河谷、地下夹杂群等对地震波散射宽频模拟与大规模参数分析,力求阐明入射波特性、饱和场地波速结构、地形特征等对地震动影响规律,揭示饱和沉积盆地对地震波转换、聚焦效应及共振散射机制,量化饱和夹杂、裂隙群等对地震波多次散射衰减因子,分析不同深度孔压、流量动态变化及地震动放大特征。最终为饱和不均匀介质大规模波动问题分析提供新型高效算法,为复杂饱和场地地震区划、城市规划、工程抗震等提供理论依据。

结项摘要

滨海河谷地带多为饱和岩土场地。地震波在流体饱和岩土层中传播特性同干土场地情况具有显著差异,饱和两相介质波动方程宽频求解相比单相介质更为复杂困难。针对大尺度饱和复杂 场地三维地震波动模拟问题,首先基于单一/双重孔隙饱和两相介质模型,推导了饱和层状半空 间及全空间斜面圆盘荷载、流量、孔压动力格林函数,建立了饱和介质地震波动间接边界元求解方法;进而结合多层多极子展开技术,对格林 函数进行泰勒级数展开(低频)和平面波展开及对角转移(高频),建立饱和两相不均匀介质 宽频快速多极间接边界元法,大幅降低普通方法所需计算量与存储量。针对随机地震动模拟,发展了基于乘法降维法的单相及饱和复杂场地地震动模拟方法;建立了含随机裂隙群山体场地地震波动快速多极边界元方法。通过同理想条件下精确解析解结果进行对比,验证了 FMM-IBEM的求解精度、效率和高频数值稳定性。在此基础上,针对饱和复杂沉积 盆地、河谷、地下夹杂群等对地震波的宽频散射宽频,开展了精细化数值模拟与大规模参数分析,阐明了入射波特性、 饱和场地波速结构、地形特征等对地震动影响规律,揭示了饱和沉积盆地对地震波转换、聚焦效 应及共振散射机制,量化了饱和夹杂、裂隙群等对地震波多次散射衰减因子,分析不同深度孔压 、流量动态变化及地震动放大特征。在随机波动方面,系统揭示了地震波入射下岩土参数随机性对二维、三维沉积盆地位移幅值均值、变异性的影响,阐明了岩土参数随机性在二维、三维沉积盆地中的传递特性;考察了沉积河谷水深、孔隙率、沉积层厚度等关键参数对含水层饱和沉积场地地震动参数的影响规律。项目研究为饱和不均匀介质大规模波动问题分析提供了一种新型高效算法,为复杂饱和场地地震区划、城市规划、工程抗震等提供了重要理论依据。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Three-dimensional IBEM solution to seismic wave scattering by a near-fault sedimentary basin
近断层沉积盆地地震波散射的三维 IBEM 解
  • DOI:
    10.1016/j.enganabound.2022.04.017
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhong-Xian Liu;Zhen-En Huang;Si-Bo Meng
  • 通讯作者:
    Si-Bo Meng
近断层山体地形三维地震动放大效应谱元法模拟
  • DOI:
    10.13409/j.cnki.jdpme.20201218001
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    防灾减灾工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯广军;刘中宪;陈頔;黄磊;李程程;刘国瑞
  • 通讯作者:
    刘国瑞
Seismic Dynamic Response Analysis of Mountain Tunnels with Seismic Reduction and Isolation Measures
采取减震隔震措施的山岭隧道地震动力响应分析
  • DOI:
    10.1007/s12205-022-0288-x
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    KSCE Journal of Civil Engineering
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhong-Xian Liu;Tian-Chun Ai;Lei Huang;Si-Bo Meng;Ping-Lin Jiang
  • 通讯作者:
    Ping-Lin Jiang
Seismic response of tunnel near fault fracture zone under incident SV waves
SV波入射下断层破碎带附近隧道地震响应
  • DOI:
    10.1016/j.undsp.2021.03.007
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Underground Space
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhongxian Liu;Jiaqiao Liu;Qiang Pei;Haitao Yu;Chengcheng Li;Chengqing Wu
  • 通讯作者:
    Chengqing Wu
Predicting the cyclic behaviour of suction anchors based on a stiffness degradation model for soft clays
基于软粘土刚度退化模型预测吸力锚的循环行为
  • DOI:
    10.1016/j.compgeo.2020.103552
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Computers and Geotechnics
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Xinglei Cheng;Piguang Wang;Na Li;Zhongxian Liu;Yadong Zhou
  • 通讯作者:
    Yadong Zhou

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其他文献

三维河谷场地效应对钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应的影响
  • DOI:
    10.16058/j.issn.1005-0930.2019.03.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    应用基础与工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨新磊;王海良;王世广;刘中宪;朱信群
  • 通讯作者:
    朱信群
点震源作用下三维沉积盆地地震动谱元模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    世界地震工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘中宪;苗岳云;陈頔
  • 通讯作者:
    陈頔
不同浅埋衬砌隧道压缩、剪切波作用下的动力响应
  • DOI:
    10.13204/j.gyjz201808017
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    工业建筑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾祥会;李楠;刘中宪;吴朝阳
  • 通讯作者:
    吴朝阳
基于球面波势函数基本解方法的弹性波三维散射与动应力求解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘中宪;王治坤;梁建文;王楚楚
  • 通讯作者:
    王楚楚
平面SV波在饱和半空间中沉积谷地周围的散射
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地震工程与工程振动
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁建文;刘中宪
  • 通讯作者:
    刘中宪

其他文献

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刘中宪的其他基金

近断层城市区域盆山耦合场地三维地震动场宽频高效模拟方法及应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于快速多极边界元—有限元耦合方法的沉积盆地—城市建筑群三维地震相互作用研究
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
基于快速多极子间接边界元法的复杂场地三维地震动模拟及其应用研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
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    2010
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    20.0 万元
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    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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