基于FISH語言的地震動力問題處理方法

(重慶交通大學河海學院 重慶 400074)

引言：

FLAC3D是一款有限差分軟件，在巖土工程數(shù)值模擬方面的實用性與專業(yè)性目前已得到廣泛證實，其擁有強大的計算功能，以及完善的模擬功能，特別是對于巖土專業(yè)涉及到的非線性和大變形問題擁有獨特的優(yōu)勢。而針對地震等動力問題，F(xiàn)LAC3D采用完全非線性的分析方法，克服了傳統(tǒng)的基于等效線性方法的某些局限，其結果更易于為巖土地震工程師所接受[1-2]。FISH是FLAC3D內置的一種語言系統(tǒng)，是FLAC3D運行交互使用的重要基礎。基于FISH語言命令流使用者可完成所需求的目的。本文采用fish語言對原始記錄El Centro波進行校正并提供了一種按特定時刻保存動力模型的方法。

一、調用fish語言的基線校正方法

地震波加速度在記錄的過程中，易于受到儀器靈敏度、環(huán)境背景等影響，將輸入的加速度進行積分得到的最終速度和最終位移不為0，這就是所謂的極限漂移現(xiàn)象。因此，在輸入地震波之前應該進行基線校正，以保證輸入時程曲線終值時刻速度與位移歸零，消除漂移現(xiàn)象[3-4]。從經傳統(tǒng)零線校正處理的加速度時程出發(fā),對于頻繁遇到的積分位移漂移現(xiàn)象,直觀方法是采用多項式去擬合位移的均值線,位移點應在該均值線兩側分布,然后所有積分位移點減去相應時刻的均值點即獲得消除零線漂移的修正積分位移時程,稱為漂移消除。

在FLAC3D地震動力分析中，進行基線校正是通過在原始加速度時程上增加一個低頻率的波形(多項式或周期函數(shù))，使最終的速度和位移均為0。其中，通過對比大量積分位移時程擬合曲線，以位移點在均值線兩側均勻分布為基準，四次多項式模擬的情況較好；而采用周期函數(shù)即是在原波形基礎上加入低頻正弦波使速度、位移時程均能歸零?；€校正通?？赏ㄟ^Seismo Signal軟件進行，但該軟件版權往往受限，操作亦有不便。筆者在此提供一種使用fish的基線校正方法。以人類歷史上記錄的第一條地震波El Centro波的前8s為例，采用的FISH語言代碼如下：

table 1 read el8.txt

call int.fis

@integrate(1,2)

@integrate(2,3)

call baseline.fis

set @itab_unc=1 @itab_corr=10 @drift=0.1635 @ttime=8 @itab_cvel=4

@baseline

@integrate(4,5)

@integrate(5,6)

call baseline.fis

set @itab_unc=5 @itab_corr=10 @drift=-0.216 @ttime=8 @itab_cvel=7

@baseline

@integrate(7,8)

上述代碼中，“table read”是將所記錄的地震原始加速度時程輸入，通常以0.02s作為時間間隔，置于table 1中儲存；“int.fis”是FLAC3D內置的積分函數(shù)，通過調用它可實現(xiàn)加速度時程、速度時程以及位移時程之間的轉換。

校正前的El-Centro的位移表現(xiàn)出明顯的漂移現(xiàn)象,終點時刻的速度也不歸零.采用文中校正方法對其進行校正,校正后該波的加速度峰值并沒有改變.,終點時刻的速度、位移均可以很好的歸零,幾乎不存在偏量。與Seismo Signal校正的位移時程對比發(fā)現(xiàn)，兩種方法波形相似，前者峰值更大，終點時刻偏量更小。

二、按特定時刻保存動力模型的編程處理

FLAC3D地震動力分析相對比較復雜，同樣以前8s的El Centro地震波，若按照傳統(tǒng)的分析方法，求解命令為“solve age 8”,僅能得到地震波加載過程完全結束后的模型，由于FLAC3D的非線性分析方法能夠自動模擬不可逆位移與永久變形，上述不足就易于被忽視。然而地震波峰值時刻的變形與應力狀態(tài)同樣十分重要。因此，筆者編寫了如下的FISH語言能夠滿足按特定時刻保存動力模型的需求。

define solve_agesloop n(1,400)ttt=0.02*nsave_file='動力'+string(ttt)+'s.sav'commandsolve age @tttendcommandcaseof ncase 106commandsave @save_fileendcommandcase 107commandsave @save_fileendcommandcase 108commandsave @save_fileendcommandcase 109command save @save_fileendcommandcase 123commandsave @save_fileendcommandcase 124commandsave @save_fileendcommandcase 125commandsave @save_fileendcommandcase 126commandsave @save_fileendcommandendcaseendloopend@solve_agessave dongli

在動力分析中用上述函數(shù)替換求解命令“solve age 8”，得到的多個模型結果。這樣為計算結束后調用中間各類云圖結果提供了極大便利。

三、結語

FLAC3D作為通用的巖土工程數(shù)值模擬軟件，在進行大型三維動力分析之時過程相當繁雜甚至存在一定局限性。

利用fish語言所得到的校正后的El-Centro地震波時程曲線，通過與經Seismo Signal校正的同一條地震波曲線對比分析，對加速度峰值的影響更小，終值時刻的位移偏量更小，并經過實例驗證效果較好。

基于FISH函數(shù)提供了一種一種按特定時刻保存動力模型的方法。能夠調用準確峰值時刻的各類中間結果，動力分析便利性得到提高。