本书对横观各向同性半空间波动的基础理论、求解方法和工程问题进行了系统介绍。书中首先建立了一套以均布荷载动力格林函数为基本解的间接边界元方法，进而深入开展了层状横观各向同性半无限介质中典型局部地形对地震波的散射、土-结构地震动力相互作用、列车运行诱发环境振动和地下隧道对弹性波的散射等相关波动问题研究。
本书可作为从事地震工程和工程波动研究的人员的参考用书，也可供高等院校相关专业的师生学习和参考。

第1章 　绪论
1.1 　研究背景
1.2 　研究概况
1.2.1 　横观各向同性半空间波动理论研究现状
1.2.2 　横观各向同性介质模型相关应用举例
1.3 　本书的内容安排
参考文献\t
第2章 　层状TI半空间精确动力刚度矩阵
2.1 　TI弹性介质波动方程及其基本解
2.2 　层状TI弹性半空间精确动力刚度矩阵
2.2.1 　TI弹性层和半空间的平面内动力刚度矩阵
2.2.2 　TI弹性层和半空间的平面外动力刚度矩阵
2.2.3 　层状TI弹性半空间的三维精确动力刚度矩阵
2.3 　TI饱和多孔介质波动方程及其基本解
2.4 　层状TI饱和半空间精确动力刚度矩阵
2.4.1 　TI饱和层和半空间的平面内动力刚度矩阵
2.4.2 　TI饱和层和半空间的平面外动力刚度矩阵
2.4.3 　层状TI饱和半空间的三维精确动力刚度矩阵
参考文献\t
第3章 　层状TI半空间均布荷载动力格林函数
3.1 　层状TI弹性半空间中斜线均布荷载动力格林函数
3.1.1 　格林函数求解过程
3.1.2 　弹性半空间中斜线均布荷载动力格林函数验证
3.1.3 　算例与分析
3.2 　层状TI弹性半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数
3.2.1 　格林函数求解过程
3.2.2 　弹性半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数验证
3.2.3 　算例与分析
3.3 　层状TI弹性半空间中斜面均布荷载动力格林函数
3.3.1 　格林函数求解过程
3.3.2 　弹性半空间中斜面均布荷载动力格林函数验证
3.3.3 　算例与分析
3.4 　层状TI饱和半空间中斜线均布荷载及孔压动力格林函数
3.4.1 　格林函数求解过程
3.4.2 　饱和半空间中斜线均布荷载动力格林函数验证
3.4.3 　算例与分析
3.5 　层状TI饱和半空间中移动斜线均布荷载及孔压动力格林函数
3.5.1 　格林函数求解过程
3.5.2 　饱和半空间中移动斜线均布荷载动力格林函数验证
3.5.3 　算例与分析
3.6 　层状TI饱和半空间中斜面均布荷载及孔压动力格林函数
3.6.1 　格林函数求解过程
3.6.2 　饱和半空间中斜面均布荷载动力格林函数验证
3.6.3 　算例与分析
参考文献\t
第4章 　层状TI半空间自由场地震反应
4.1 　层状TI弹性半空间自由场地震反应
4.1.1 　计算模型与相应公式
4.1.2 　弹性半空间自由场验证
4.1.3 　算例与分析
4.2 　层状TI饱和半空间自由场地震反应
4.2.1 　计算模型与相应公式
4.2.2 　饱和半空间自由场验证
4.2.3 　算例与分析
参考文献\t
第5章 　基于TI介质模型的典型局部地形对地震波的散射
5.1 　典型局部地形对SH波的二维散射
5.1.1 　计算模型与相应公式
5.1.2 　局部地形对SH波的二维散射验证
5.1.3 　算例与分析
5.2 　典型局部地形对qP波和qSV波的二维散射
5.2.1 　计算模型与相应公式
5.2.2 　局部地形对qP波和qSV波的二维散射验证
5.2.3 　算例与分析
5.3　典型局部地形对qP波、qSV波和SH波的2.5 维散射
5.3.1 　计算模型与相应公式
5.3.2　局部地形对qP波、qSV波和SH波的2.5 维散射验证
5.3.3 　算例与分析
5.4 　典型局部地形对qP波、qSV波和SH波的三维散射
5.4.1 　计算模型与相应公式
5.4.2 　局部地形对qP波、qSV波和SH波的三维散射验证
5.4.3 　算例与分析
参考文献\t
第6章 　基于TI介质模型的土-结构地震动力相互作用
6.1 　层状TI弹性半空间中平面外土-结构动力相互作用
6.1.1 　平面外土-结构动力相互作用计算模型
6.1.2 　埋置条形基础平面外动力刚度系数
6.1.3 　平面外剪力墙结构有效输入
6.1.4 　平面外土-结构相互作用方法验证
6.1.5 　算例与分析
6.2 　层状TI弹性半空间中平面内土-结构动力相互作用
6.2.1 　平面内土结构动力相互作用计算模型
6.2.2 　埋置条形基础平面内动力刚度系数
6.2.3 　平面内剪力墙结构有效输入
6.2.4 　平面内土-结构相互作用方法验证
6.2.5 　算例与分析
6.3 　层状TI弹性半空间中三维土-结构动力相互作用
6.3.1 　三维土-结构动力相互作用计算模型
6.3.2 　半球形基础动力刚度系数
6.3.3 　三维单质点结构有效输入
6.3.4 　三维土-结构相互作用方法验证
6.3.5 　算例与分析
参考文献\t
第7章 　基于TI介质模型的列车运行诱发环境振动
7.1 　层状TI弹性半空间移动荷载作用下动力响应
7.1.1 　弹性半空间动力响应计算方法概述
7.1.2 　弹性半空间动力响应方法验证
7.1.3 　算例与分析
7.2 　层状TI饱和半空间移动荷载作用下动力响应
7.2.1 　饱和半空间动力响应计算方法概述
7.2.2 　饱和半空间动力响应方法验证
7.2.3 　算例与分析
7.3 　层状TI弹性地基-路

土木工程中的很多问题需要从波动的角度进行研究
，如复杂场地地震效应问题，其本质是局部地形对地震
波的散射；土-结构地震相互作用问题，其本质是地基
与结构间地震能量的交换；地铁隧道地震反应问题，其
本质也是隧道结构对地震波的散射；列车高速运行环境
振动问题，其本质是列车移动产生波沿地基表面的传播
。本书作者及其科研团队在工程波动领域从事了近20年
的科研和教学工作，特别是在复杂场地地震效应的波动
理论、数值解析求解方法和工程应用方面开展了系统深
入的研究。
岩土工程研究表明，岩土类材料由于受到内在矿物
颗粒组成和外在环境因素的共同影响会表现出明显的各
向异性，根据天然土体呈水平状沉积的特点，其各向异
性主要体现在水平和竖向弹性参数间的差异上横观各向
同性（transversely isotropic，TI）介质是描述土
体各向异性的合理力学模型；TI介质模型破坏了本构关
系在空间上的球对称性，使得弹性波在其中的传播与各
向同性介质情况显著不同。受此启发，本书作者于2015
年将TI介质模型引入复杂场地地震效应研究，经我和团
队成员多年的共同努力，陆续开展基于TI介质模型的层
状场地中常见复杂局部地形的二维、2.5维和三维地震
效应问题，并进一步开展基于TI介质模型的列车运行引
起环境振动影响、土-结构地震相互作用、地下结构对
弹性波的散射等相关波动问题研究。本书作者的研究成
果（包括波动理论、数值方法和工程应用）可提高土木
工程中相关波动问题求解的精度，同时相关理论和方法
还可应用于地震学、勘探地震学和地球物理等学科中各
向异性波动问题的研究，具有显著的科学意义和广阔的
应用前景。
本书共分8章，第1章介绍本书背景和意义，综述TI
半空间波动理论和TI介质模型应用的研究概况。第2～3
章介绍TI介质半空间波动的理论基础：建立层状TI弹性
（饱和）半空间的二维（平面内和平面外）精确动力刚
度矩阵和三维精确动力刚度矩阵，推导层状TI弹性（饱
和）半空间中斜线、移动斜线和斜面均布荷载（孔隙水
压力，以下简称孔压）系列动力格林函数。第4章为层
状TI弹性（饱和）半空间自由场的频域和时域研究，揭
示地震波在TI弹性（饱和）介质层中的反射、透射和转
换特性，阐明材料的各向异性参数对层状半空间自振特
性的影响规律。第2～4章构成了间接边界元方法
（indirect boundary element method，IBEM）的基
础，以此发展了基于层状TI介质模型的二维、2.5维和
三维IBEM。第5～8章采用建立的IBEM数值方法，分别研
究层状TI半无限介质中典型局部地形对地震波的散射、
土-结构地震动力相互作用、列车运行诱发环境振动和
地下隧道对弹性波的散射等工程问题，力图揭示TI介质
中弹性波散射与各向同性介质情况的本质差异，阐明土
体的各向异性参数对地震动和反应谱的影响规律，推动
相关波动问题研究在各向异性介质方面的发展。第5～8
章体现了TI半空间弹性波动理论和IBEM求解方法在土木
工程中的实际应用。
本书内容涉及的研究工作得到了国家重点研发计划
项目（2016YFC0802400）、国家自然科学基金面上项目
（51578373）和天津市自然科学基金面上项目
（16JCYBJC21600）的资助。本书由巴振宁教授统稿，
梁建文教授全程指导，博士研究生吴孟桃对本书的数据
整理和章节修改做了很大贡献。在本书撰写过程中，硕
士研究生张艳菊、陈昊维、胡黎明、高亚南、潘坤、段
化贞、康泽青、严洋、安东辉、周旭、桑巧稚、张恩玮
、仲浩等做了很多辅助性工作；多位同行专家对相关研
究工作提出许多很有价值的建议，对本书的出版提供了
极大帮助，在此表示衷心的感谢！另外，作者对天津大
学建筑工程学院领导、同仁和朋友在本书出版过程中给
予的鼓励、支持和帮助一并致以真诚的谢意！
本书是在作者及其科研团队多年研究工作的基础上
完成的，由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，
敬请读者批评指正，以便在今后的研究工作中加以改进
。
著 者
2020年5月