地震对建筑物危害较大,尤其是地震产生的Rayleigh表面波频率低、波长大,危害最为严重。如何采用新技术来有效降低震害,是科研工作者的迫切任务。利用周期结构衰减域特性设计新型表面波屏障,使衰减域覆盖地震动主频范围,是目前国内外科研人员关注的热点。本文的研究结果对减隔震领域的理论研究与实际工程应用具有重要意义。本文针对20Hz以下Rayleigh表面波设计了两类半埋入板式表面波屏障,即周期波屏障和梯度波屏障,提出了表面波识别的新方法——图形特征判别法。利用COMSOL有限元软件计算了两类波屏障在不同截面形式下的频散曲线和频响函数,详细讨论了板几何参数、埋入深度、板与土体界面填充情况、梯度方向、排列方式及功能单元数目等因素对带隙位置、宽度以及衰减域的影响,分析了带隙及衰减域的形成机理,数值模拟了 El Centro地震波和Taft地震波通过梯度波屏障后的加速度时程曲线,研究结果表明:1.半埋入板式周期和半埋入板式梯度两类表面波波屏障都可以实现对地震表面波的有效隔震。板式梯度波屏障覆盖的地震动频率范围更宽、频率更低,对20Hz以下频率范围内的表面波都能形成十分有效的衰减。2.无论是周期波屏障还是梯度波屏障,将等截面板中部厚度减小得到的哑铃形变截面形式,可使相对带宽增大18%,更有利于在低频区形成较宽衰减域,同时节约材料可达30%左右。3.板与土体之间填充泡沫或橡胶类软材料或增大板密度都可以有效降低带隙中心频率。填充材料的弹性模量和板密度对带隙影响较大。4.对于等截面周期波屏障,埋入深度和露出高度在“B区间”内取值可以得到较宽带隙,埋入深度是板高的三分之一左右时带隙最宽,三分之二左右时带宽最窄。板露出部分越多带隙的中心频率越低。不同埋入深度下板厚的影响规律不同,埋入深度较小(大)时,随着板厚的增加,带隙中心频率升高(降低)。5.对于梯度波屏障,其衰减域宽度和位置主要是由波屏障中所含功能单元的基频所决定。正梯度排列时,波屏障阻断表面波向前传播从而实现有效隔震;逆梯度排列时,波屏障将表面波转化为剪切体波使其能量远离地表面同样达到隔震的目的。6.梯度波屏障对El Centro地震波和Taft地震波具有非常好的隔震作用。部分功能单元受到破坏后的梯度波屏障仍具有较高的隔震能力。