一种用于控制地震表面波的超表面结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于控制地震表面波的超表面结构，包括多个结构单元，每一结构单元包括基座、支撑块和凸起部，所述基座上表面设有具一凹槽，所述支撑块位于所述凹槽，所述凸起部为等腰三棱柱，并支撑于所述支撑块上，所有结构单元并列排布，所有结构单元的基座形成一整体，相邻结构单元的两个支撑块之间形成一沟槽，所有沟槽的宽度均相等。本实用新型专利技术一种用于控制地震表面波的超表面结构的有益效果：采用多个凸起高度不同的凸起部并列设置，可使经过凸起部后地震表面波的位相不同，从而使地震表面波传播路径改变，达到在地震中保护建筑物的效果；且结构简单，便于使用，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于控制地震表面波的超表面结构
本技术涉及地震避震结构领域，尤其涉及一种用于控制地震表面波的超表面结构。
技术介绍
地球上每年会发生数以百万计的地震，超过里氏5级以上的地震每年也有上千次，地震造成大量人员伤亡和财产损失，其主要原因是地震引起了建筑物的损伤和倒塌。从工程上建造经得起强震的抗震建筑是减少地震灾害最直接的方法。最早期的建筑防震措施主要是对建筑结构进行抗震设计，一般方法是加大建筑结构断面，增加配筋，保证结构具有足够的强度、刚度和延性，进而增强主体结构本身的抗震性能来抵御地震作用。但是该方法过于被动且存在耐久性差，使用寿命短，价格昂贵等诸多的问题。而且工程上将建筑物加固抗震是有限的，对抗突发的高强度大地震也无能为力[郭阳照，周云，朱勇等，框架填充墙抗震性能研究的回顾与前瞻.工程抗震与加固改造，2012,34(6):1-13.2012]。此外，对一栋已经建成的建筑物，如古迹遗址，采用这种隔振方法甚至是很难实现的。地震波是由地震震源向四处传播的弹性波，地震波主要分为两种，一种是表面波，一种是实体波。表面波只在地表传递，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。于是研究者提出另一种思路：通过在目标建筑周围放置人工结构主动控制地震波传播方向，来达到保护建筑的目的。因此需要一种超表面结构可以改变地震表面波的位相从而改变超声波的行进路径，进而使建筑物体达到避震减灾的效果。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种用于控制地震表面波的超表面结构，包括多个结构单元，每一结构单元包括基座、支撑块和凸起部，所述基座上表面设有具一凹槽，所述支撑块为一厚度小于基座厚度的长方体块，所述支撑块位于所述凹槽，所述凸起部为等腰三棱柱，其厚度与所述支撑块厚度相同，所述凸起部底边长度与所述支撑块长度相等，所述凸起部的底部支撑于所述支撑块上，所述凸起部的一斜边的底边夹角为倾角θ，凸起部的高度由倾角θ角度大小决定，所有结构单元的基座的和支撑块的大小均相同，所有凸起部倾角θ大小不完全相同，所有结构单元的基座侧面横向贴合形成一整体，相邻结构单元的两个支撑块之间形成一沟槽；调整所有凸起部的倾角θ，可使地震表面波的传播路径改变。进一步地，所述支撑块的两端分别与所述凹槽左右两侧的内壁接触。进一步地，所述支撑块的上表面与所述基座的上表面齐平。进一步地，所述结构单元的数量为四十个。进一步地，所述结构单元材料参数为：杨氏模量Es＝30GPa，泊松比μs＝0.3和质量密度ρs＝1800kg/m3。本技术一种用于控制地震表面波的超表面结构的有益效果：采用多个凸起高度不同的凸起部并列设置，可使经过凸起部后地震表面波的位相不同，从而使地震表面波传播路径改变，达到在地震中保护建筑物的效果；且结构简单，便于使用，实用性好。附图说明图1是本技术一种用于控制地震表面波的超表面结构的结构示意图；图2是图1中结构单元1的结构示意图；图3是超表面结构工作原理示意图；图4是试验模拟表面波入射的示意图；图5是模拟实验时表面波分束效果示意图；图6是模拟实验时表面波聚焦效果示意图；图7是模拟实验时表面波半圆弯曲效果示意图；图中：1-结构单元，2-基座，3-支撑块，4-凸起部，5-凹槽。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1和图2，一种用于控制地震表面波的超表面结构，包括多个结构单元1，每一结构单元1包括基座2、支撑块3和凸起部4，所述基座2为上表面具一凹槽5的长方体块，所述支撑块3为一厚度小于基座2厚度的长方体块，所述支撑块3位于所述凹槽5中，且所述支撑块3两端与所述凹槽5左右两侧接触，即所述支撑块3长度与所述凹槽5宽度相等，所述支撑块3的上表面与所述基座2齐平，即所述支撑块3高度与所述凹槽5深度相等，所述凸起部4为等腰三棱柱，其厚度与所述支撑块3厚度相同，所述凸起部3底边长度与所述支撑块3长度相等，且其底面与所述支撑块3上表面连接使其支撑于所述支撑块3上，所述凸起部4的一斜边的底边夹角为倾角θ，凸起部4的高度由倾角θ的大小决定，所有结构单元1的基座2和支撑块3的大小均相同，所有凸起部倾角θ大小不完全相同，所有结构单元1的基座2侧面横向贴合形成一整体，相邻结构单元1的两个支撑块3之间形成一沟槽，所有沟槽的宽度均相等；所有凸起部倾角θ大小不完全相同，通过调整所有凸起部4的倾角θ的大小，可使地震表面波的传播路径改变，从而达到控制地震表面波的效果。进一步地，所述结构单元的数量为四十个。进一步地，超表面结构材质均为土，其材料参数为：杨氏模量Es＝30GPa，泊松比μs＝0.3和质量密度ρs＝1800kg/m3。请参考图3,本技术一种用于控制地震表面波的超表面结构的工作原理是：地震的表面波沿地表传播，由于各个结构单元1凸起部4的高度完全不同，地震表面波经过每一凸起部4后的路程不同，所以地震表面波通过每一凸起部4后的位相也不同，通过每一凸起部4表面波继续向前传播时会相互叠加，相互叠加的地震表面波的传播路径会改变，因此可通过将各不一致的凸起部4按一定规律排布可使地震表面波的位相发生改变，进而改变其传播传播方向，从而达到控制地震表面波的效果。请参考图4、图5、图6和图7，图4为试验模拟表面波入射的示意图，选取37Hz的表面波并垂直向上述超表面结构发射，将各个结构单元1的凸起部4以不同规律排布时，表面波经过该超表面结构后以后的传播路径不同。如图5所示，当本技术的超表面结构的凸起部4倾角θ以表1的规律排布时，入射的表面波通过超表面结构后发生反常折射，分为两束折射角均为45°的波束，将入射表面波进行分束，该超表面结构改变了波的传播方向，能有效保护出射波夹角范围内的区域。如图6所示，当本技术的超表面结构的凸起部4倾角θ以表2的规律排布时，入射的表面波通过超表面结构后同样发生反常折射，波束呈现聚焦效果，超表面结构改变了波的传播方向，保护其他区域的同时可以收集能量。如图7所示，当本技术的超表面结构的凸起部4倾角θ以表3的规律排布时，入射的表面波通过超表面结构后发生反常折射，波束绕过半圆型区域，沿着既定轨迹发生了弯曲传播的效果，能有效保护半圆范围内的区域。表1表面波分束效果的单元倾角度参数单元角度(°)单元角度(°)111.30217.1028.252210.4032.802312.93412.60244.1059.98258.7566.452611.65713.83271本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制地震表面波的超表面结构，其特征在于：包括多个结构单元，每一结构单元包括基座、支撑块和凸起部，所述基座上表面设有具一凹槽，所述支撑块为一厚度小于基座厚度的长方体块，所述支撑块位于所述凹槽，所述凸起部为等腰三棱柱，其厚度与所述支撑块厚度相同，所述凸起部底边长度与所述支撑块长度相等，所述凸起部的底部支撑于所述支撑块上，所述凸起部的一斜边的底边夹角为倾角θ，凸起部的高度由倾角θ角度大小决定，所有结构单元的基座的和支撑块的大小均相同，所有凸起部倾角θ大小不完全相同，所有结构单元的基座侧面横向贴合形成一整体，相邻结构单元的两个支撑块之间形成一沟槽；调整所有凸起部的倾角θ，可使地震表面波的传播路径改变。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于控制地震表面波的超表面结构，其特征在于：包括多个结构单元，每一结构单元包括基座、支撑块和凸起部，所述基座上表面设有具一凹槽，所述支撑块为一厚度小于基座厚度的长方体块，所述支撑块位于所述凹槽，所述凸起部为等腰三棱柱，其厚度与所述支撑块厚度相同，所述凸起部底边长度与所述支撑块长度相等，所述凸起部的底部支撑于所述支撑块上，所述凸起部的一斜边的底边夹角为倾角θ，凸起部的高度由倾角θ角度大小决定，所有结构单元的基座的和支撑块的大小均相同，所有凸起部倾角θ大小不完全相同，所有结构单元的基座侧面横向贴合形成一整体，相邻结构单元的两个支撑块之间形成一沟槽；调整所有凸起部的倾角θ，可使地震表面波的传播路径改变。


2.根据权利要求1所述的一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜秋姣，徐阳，许蕊，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北;42