SoilQuake土层地震反应计算平台的开发与应用

论文摘要

地震动输入是开展工程抗震安全评价的前提条件之一,而土层地震反应分析是获取建构筑物及重要设施基底地震动输入的首要环节,对重大工程选址、城镇区划、工程结构地震风险分析及既有建筑物安全鉴定至关重要。但是,由于土层参数较多且具非线性、波动函数求解过程繁琐和地震荷载不规则性,使土层地震反应分析方法往往具有计算参数繁多、过程步骤复杂、多层循环迭代等特点,而借助计算机强大运算能力与软件开发工具,可为其工程应用和理论验证提供一种便捷、有效手段。Soil Quake,作为目前新一代土层地震反应分析方法,以考虑剪应变与频率相关性选取适应模量-阻尼比为优势,解决了以往各类土层地震反应分析方法求解软土场地“矮、粗、胖”的难题,突破了强震作用和土体强非线性状态下长周期地震动场地放大效应被严重低估的瓶颈,更符合实际情况并且更明确力学机制。当今,国内外有代表性的土层地震反应分析方法,均仅开发了单机版应用程序,如SHAKE2000、DEEPSOIL、LSSRLI-1等,这些程序需要用户安装、调试和自学教程才能使用,并缺少用户与开发者的信息交互渠道,为方法的普及应用和实践-理论的深度融合带来很大困难,而网络计算平台能有效解决这些问题。本文以Soil Quake网络计算平台开发为目标,有机结合成果转化、提升国际影响及构建交互平台的需求,利用快速发展的互联网、云服务等计算机技术,开发了国际首个基于B/S结构的土层地震反应分析网络计算平台,与单机版应用程序相比,其突出优势包含:（1）用户端不需要强大计算能力,仅通过浏览器访问便可开展计算分析;（2）实时了解与统计工程实践需求,便于科研与工程深度融合;（3）有效提供用户交流和问题反馈平台,有助于方法与平台及时更新和改进。此外,考虑网络计算平台必须借助互联网方可使用的缺点,还开发了Soil Quake单机版应用程序,以满足特殊工程、保密单位的应用。主要工作内容和取得成果如下:1.分析了土层地震反应分析的服务目标和功能需求特点,对比了不同编程语言、开发工具、架构模式、数据库管理系统等优缺点,提出了平台整体架构的基本思路和开发实现所需的关键技术,为目标系统开发奠定了重要方法基础和理论指导。2.探讨与建立了Java与Matlab混合编程关键技术,采用B/S模式和三层架构,开发了Soil Quake网络在线计算分析平台及网页快速二维作图功能。采用My SQL作为数据存储、管理系统,提升了数据存取效率;采用数据加密处理和多种输入验证方式,保障了网络平台安全性与稳定性。3.设计了测试方案并搭建了测试环境,分别开展了平台基本功能、不同负载条件下的性能、环境兼容性、系统安全性等方面测试。网络计算平台基于测试结果进行扩展与完善后,发布于互联网上,利用后台数据库统计了6个月使用情况及应用分布。4.对比单机版应用程序与网络计算平台的功能需求和操作环境差异,利用Matlab APP Designer编程工具开发了单机版Soil Quake应用程序,借助地震数据实例,对其功能和性能开展系统测试与分析,能够满足应用需求。5.统计了Soil Quake网络计算平台和单机版应用程序推广以后的全球使用概况,包含单位分布,科研占比等;搜集了网络计算平台和单机版程序微信交流群中用户反映的若干问题,对网络计算平台和单机版程序开发中的不足及进一步升级提出了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 背景及意义
•   1.2 研究现状
•   1.3 本文主要研究内容与目标
• 第二章 开发工具与技术遴选
•   2.1 引言
•   2.2 平台开发技术与工具
•     2.2.1 平台开发语言
•     2.2.2 开发工具
•   2.3 平台架构
•     2.3.1 B/S结构
•     2.3.2 Java Web三层架构
•     2.3.3 MVC模式
•   2.4 平台数据库
•   2.5 小结
• 第三章 网络计算平台开发
•   3.1 引言
•   3.2 平台分析与设计
•     3.2.1 平台需求与可行性分析
•     3.2.2 平台结构设计
•     3.2.3 平台功能设计
•     3.2.4 编码规范与文件组织结构
•     3.2.5 数据库设计
•   3.3 平台开发与实现
•     3.3.1 开发环境配置
•     3.3.2 登录模块的实现
•     3.3.3 数据录入及计算功能的实现
•     3.3.4 管理模块的实现
•   3.4 功能与特色
•   3.5 小结
• 第四章 网络平台测试与运行反馈
•   4.1 引言
•   4.2 测试方案
•   4.3 测试环境搭建
•   4.4 功能与性能测试
•   4.5 安全性测试
•   4.6 数据统计分析
•   4.7 小结
• 第五章 单机版应用程序开发
•   5.1 引言
•   5.2 程序分析与设计
•     5.2.1 功能需求分析
•     5.2.2 流程结构设计
•   5.3 程序开发实现
•     5.3.1 开发环境
•     5.3.2 数据输入与参数选择
•     5.3.3 确认计算数据
•     5.3.4 查看结果
•   5.4 功能与性能测试
•   5.5 小结
• 第六章 社会效益与评价
•   6.1 引言
•   6.2 计算平台的普及
•   6.3 科研与工程应用
•   6.4 小结
• 第七章 总结与展望
•   7.1 引言
•   7.2 本文工作总结
•   7.3 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的成果
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 段雪锋

导师: 袁晓铭,王永志

关键词: 土层地震反应分析,网络计算平台,单机版应用程序,设计与开发,性能测试

来源: 中国地震局工程力学研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国地震局工程力学研究所

分类号: TU435

DOI: 10.27490/d.cnki.ggjgy.2019.000039

总页数: 76

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