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Application of ray methods to one-dimensional site response of inhomogeneous soil deposits

Résumé

The technique referred as ray approximation treats wave propagation in a heterogeneous medium at the infinitely small wavelength limit. This classic simplification allows useful approximate analytical results to be obtained in cases where complete description of the waveform behaviour is virtually unattainable, hence its wide use in physics. In seismology, this approximation has been widely applied. This paper presents an application in one-dimensional site response (1DSR) analysis: it is used herein, first to explain and elucidate the generality of some previous observations as to the use of the harmonic mean of a shear-wave velocity profile to represent the global behaviour of a site; and second to partially settle an open question in 1DSR, namely ‘What are the equivalent homogeneous properties that yield the same response, in terms of natural frequencies and resonance amplitude, for a given inhomogeneous site?’, providing a few assumptions are met – chiefly, that excitations of sufficiently high frequency are considered.

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Concepts associés (33)
Longueur d'onde
La longueur d’onde est une grandeur physique caractéristique d'une onde monochromatique dans un milieu homogène, définie comme la distance séparant deux maxima consécutifs de l'amplitude. La longueur d'onde dépend de la célérité ou vitesse de propagation de l'onde dans le milieu qu'elle traverse. Lorsque l'onde passe d'un milieu à un autre, dans lequel sa célérité est différente, sa fréquence reste inchangée, mais sa longueur d'onde varie . Lorsque l'onde n'est pas monochromatique, l'analyse harmonique permet de la décomposer en une somme d'ondes monochromatiques.
Résonance
La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques (électriques, mécaniques) sont sensibles à certaines fréquences. Un système résonant peut accumuler une énergie, si celle-ci est appliquée sous forme périodique, et proche d'une fréquence dite « fréquence de résonance ». Soumis à une telle excitation, le système va être le siège d'oscillations de plus en plus importantes, jusqu'à atteindre un régime d'équilibre qui dépend des éléments dissipatifs du système, ou bien jusqu'à une rupture d'un composant du système.
Fréquence fondamentale
En acoustique musicale, la fréquence fondamentale est l'inverse de la période d'un son complexe. Cette fréquence détermine la hauteur du son musical. Un son est une vibration de l'air. Cette vibration peut souvent s'assimiler à un phénomène périodique ; c'est le cas notamment des sons de voyelles émis par la voix humaine et de tous les instruments capables de produire une note de musique. Un phénomène périodique se caractérise par sa période, qui est la durée qui se reproduit identiquement lorsqu'on se décale dans le temps de cette même durée.
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