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我国诸多重大工程位于高地震烈度复杂地形地貌区，且复杂场地导致地震动放大效应，因此，研究震源特性和复杂场地效应(河谷、盆地、山体、滨海软土场地等)，可为复杂场地条件下结构抗震设计提供准确的地震动输入，具有重要的工程意义。本文开展了三维单相和饱和层状半空间地震波散射、含复杂地形的层状半空间地震波散射研究，主要研究工作和创新成果如下：
(1)建立了三维单相层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法(IBIEM)。求解三维单相层状半空间自由场；在散射体表面等效圆形单元上施加均布载荷，构建散射波场，远场求解利用集中荷载动力格林函数；验证了方法的正确性，揭示了层状半空间中由层状介质的共振特性决定的复杂散射特性。研究表明：覆盖层的动力特性对层状介质中局部地形的散射效应有很大影响，在软覆盖层的前两阶共振模型中，位移可放大近1倍。
(2)建立了三维饱和层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法。求解三维饱和层状半空间自由场；基于Biot理论，加入流体荷载，推导了多孔饱和层状半空间上倾斜圆盘荷载动力格林函数，远场求解利用饱和集中荷载动力格林函数；验证了方法的正确性，揭示了饱和层状半空间中凹陷地形对地震波的散射规律。研究表明：随着上部土层孔隙率的增加，位移幅值可放大1~6倍。垂直入射的SV波峰值水平振幅在凹陷的拐角处可达7.5。
(3)发展了适用于含复杂场地层状半空间地震波散射的有限元-间接边界积分方程耦合方法。基于所建三维层状半空间新型间接边界积分方程法，进一步采用有限元方法处理局部复杂场地，实现了对近场复杂场地和远场层状无限域波动状态的精确模拟；进行了方法验证，阐明了含局部复杂地形的层状半空间地震波散射特征。研究表明：在复杂形状盆地内，地震波出现更多的聚焦区，盆地较深一侧的位移聚焦与放大效应更为明显。在层状场地中，狭长形沉积盆地位移可放大1.5倍。
(1)建立了三维单相层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法(IBIEM)。求解三维单相层状半空间自由场；在散射体表面等效圆形单元上施加均布载荷，构建散射波场，远场求解利用集中荷载动力格林函数；验证了方法的正确性，揭示了层状半空间中由层状介质的共振特性决定的复杂散射特性。研究表明：覆盖层的动力特性对层状介质中局部地形的散射效应有很大影响，在软覆盖层的前两阶共振模型中，位移可放大近1倍。
(2)建立了三维饱和层状半空间地震波散射新型间接边界积分方程法。求解三维饱和层状半空间自由场；基于Biot理论，加入流体荷载，推导了多孔饱和层状半空间上倾斜圆盘荷载动力格林函数，远场求解利用饱和集中荷载动力格林函数；验证了方法的正确性，揭示了饱和层状半空间中凹陷地形对地震波的散射规律。研究表明：随着上部土层孔隙率的增加，位移幅值可放大1~6倍。垂直入射的SV波峰值水平振幅在凹陷的拐角处可达7.5。
(3)发展了适用于含复杂场地层状半空间地震波散射的有限元-间接边界积分方程耦合方法。基于所建三维层状半空间新型间接边界积分方程法，进一步采用有限元方法处理局部复杂场地，实现了对近场复杂场地和远场层状无限域波动状态的精确模拟；进行了方法验证，阐明了含局部复杂地形的层状半空间地震波散射特征。研究表明：在复杂形状盆地内，地震波出现更多的聚焦区，盆地较深一侧的位移聚焦与放大效应更为明显。在层状场地中，狭长形沉积盆地位移可放大1.5倍。