移动的隧道轴向激励作用下两相多孔介质动力反应

为了研究移动的隧道轴向激励作用下饱和土体的动力响应,建立了隧道-饱和土体的动力分析模型;利用波函数展开法、镜像原理等,推导了频域内隧道轴向激励作用下饱和土体动力响应的解析解,并给出了饱和土体临界速度的经验公式;通过快速傅里叶逆变换得到了时-空域内饱和土体的动力响应。结果表明:轴向激励作用下,饱和土体临界速度只与土体的剪切模量和密度有关,且数值接近土体剪切波速的1.1倍;速度小于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而减小,轴向位移随着隧道埋深的增大有小幅度减小,当隧道埋深超过半径的10倍时,轴向位移趋于稳定;速度大于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而增大;角度对径向位移、轴向位移影响很小,对环向位移的影响较大。     

移动荷载作用下饱和地基上板式轨道动力分析

采用半解析法研究了列车荷载作用下板式轨道-下卧饱和土体系统的动力响应问题.采用双层弹性Euler梁来模拟板式轨道中的钢轨和轨道板,采用弹簧-阻尼器来模拟轨下垫圈.列车荷载采用一系列移动的点荷载来模拟,下卧土体采用多孔饱和半空间模型,并假定半空间土体表面与轨道板接触面完全透水.利用Fourier变换方法在变换域内求解轨道和土体的控制方程,饱和土体动力响应在时域内的结果通过快速Fourier变换求得.文章中主要研究了轨道板刚度和土体渗透系数对土体位移和加速度响应的影响.研究表明,土体中液相介质的存在会对土体的振动响应产生很大影响,且适当增大轨道板刚度可有效控制高速列车引起的土体动力响应.     

下卧基岩饱和地基在移动荷载作用下的动力响应

基于Biot多孔弹性介质波动理论,在平面应变条件下研究了下卧基岩饱和地基在移动线荷载作用下的动力响应。通过引入势函数并利用Helmholtz原理,再经过Fourier变换和逆变换,获得了移动线荷载作用下饱和地基的位移、应力、孔隙水压力解答。最后通过快速逆傅里叶变化（IFFT）得到数值计算结果,详细分析了土颗粒的压缩性、孔隙水的压缩性、饱和土的剪切模量、孔隙率、渗透性、移动荷载速度和饱和土层厚度等参数对动力响应的影响     

埋置移动荷载作用下成层饱和地基的动力响应

利用Fourier变换和传递反射矩阵法（TRM法）研究了成层饱和地基在埋置移动荷载作用下的动力响应。土体被假设为完全饱和的多孔弹性介质并且服从Biot多孔弹性波动方程,用修正粘滞阻尼模型来描述土体的粘弹性行为,采用TRM法来考虑饱和地基的成层性,利用Fourier变换和Fourier逆变换得到了埋置移动荷载作用下饱和地基动力响应积分形式解答。当饱和成层地基退化单层饱和地基时,该文解与已有解能很好的吻合。最后,通过数值计算分析了埋置荷载深度﹑荷载速度、荷载频率及软硬夹层对动力响应的影响。     

反平面冲击荷载作用下圆柱形洞室的动力响应

对无限弹性土体内圆柱形洞室在反平面冲击荷载的作用下的瞬态响应进行了探讨。用残余变量的方法结合拉普拉斯变换及其逆变换,在频域内的得到土体位移和应力一般表达式,并采用拉普拉斯逆变换的数值方法,给出了问题的数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在沿轴向方向的冲击荷载作用下的土体动力响应的变化规律,并将计算结果与静力情况下的作了比较：反平面荷载作用后,波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度较静力情况下的衰减要慢,且距离波源越远二者差别越大;波到达后,该点土体的应力和位移均发生与外荷载相同的三角形变化：先增大,随后减小最后保持为零不变。     

半无限弹性空间中移动荷载动力响应的频域-波数域比例边界有限元法分析

基于Fourier积分变换和虚功原理,形成了频域-波数域比例边界有限元法,分析了移动荷载作用下半空间域弹性空间动力响应。首先对半无限域弹性体的动力控制方程进行时间到频域,荷载移动方向的空间域到波数的Fourier积分变换,然后选择比例中心,利用虚功原理,在地铁隧道孔洞横截面环向上采用有限元法意义离散,建立了频域-波数域比例边界有限元方程,进而形成了一阶微分矩阵方程形式的半无限空间动力刚度。文中理论推导表明:利用文中方法分析半无限域中沿地铁隧道结构纵轴向的移动荷载动力响应问题,不仅可避免无穷边界计算处理误差,而且可极大减小计算分析量。计算结果表明:半无限弹性地基的振动响应随移动荷载速度增大而增大,尤其是当荷载速度增大到土体剪切波速后,振动波传播到土体表面引起土体振动显著增大,土体振动性增大,将会对土体及表面结构的安全性形成一定影响,另一方面土体的振动在沿地铁隧道纵轴向的衰减比竖向慢。     

移动谐振荷载作用下曲线轨道钢轨动力响应求解方法研究

将曲线轨道视作周期性轨道结构,根据周期性结构的振动特性,可将荷载作用下曲线轨道钢轨动力响应的求解问题转化在一个基本元之内进行。通过引入移动谐振荷载作用下曲线轨道钢轨的数学模态,得出了曲线轨道钢轨频域响应的级数表达。在频域内采用模态叠加法表示钢轨的弯曲及扭转变形,进而求解得出钢轨的频域动力响应。经研究发现:移动荷载作用下曲线轨道钢轨响应显著的频段位于荷载激励频率附近,随着荷载移动速度的增加,荷载激励频率附近一个很窄频段内的位移响应将有所减小,但其它大部分频段内的位移响应将显著增大;随着荷载移动速度的增加,移动谐振荷载引起的钢轨响应峰值变化不大,但响应显著的持续时间变短;离散支承引起的参数激励受速度的影响显著;采用曲线梁模型模拟曲线轨道钢轨所得垂向动力响应结果与直梁模型基本一致,可以采用直梁模型近似研究曲线轨道钢轨垂向动力响应;当对曲线轨道钢轨进行精细化建模分析时,曲线半径对曲线钢轨扭转振动有一定程度的影响,需采用曲梁模型研究曲线轨道钢轨动力响应。     

Rayleigh波作用下饱和海床土中管桩竖向动力特性研究

针对近海环境中钢管桩在Rayleigh波作用下的竖向动力特性进行了研究。基于Biot理论和理想流体控制方程,结合上覆流体与海床面的位移,应力以及动水压力连续性条件,求得了流体-饱和介质在Rayleigh波作用下的自由场波动解;接着考虑大直径管桩的横向惯性效应,借助管桩内外侧土体竖向动力阻抗,建立了Rayleigh波作用下饱和海床土中管桩竖向动力响应的频域解答。结果表明:海床及管桩竖向位移随着流体层厚度的增加逐渐降低,当流体层厚度超过10 m时,则基本保持不变;桩径的增大将使不同桩顶质量下的管桩竖向位移逐渐减小,并最终趋于同一数值;桩侧摩阻力在海床面以下2.5倍波长范围内随土体剪切模量的增大而减小,当深度进一步增大时,则基本一致。     

冻融循环作用下粉质黏土原位动剪切模量及其衰减特征

根据深季节冻土区高速铁路周边土体实际工程状态,开展现场地震波扁铲侧胀试验和室内共振柱试验,结合现场土体刚度和室内刚度衰减规律,综合评价了冻融环境下粉质黏土原位刚度性状及衰减特征。结果表明:受冻融循环作用的影响,小应变条件下粉质黏土最大动剪切模量G_(max)由未经冻融时97.9 MPa降至53.6 MPa,最大衰减出现在冻融循环初期;经历循环后,土体归一化G/G_(max)-γ曲线出现上移,同等应变条件下,冻融循环后土体的G/G_(max)值较高;粉质黏土原位最大动剪切模量G_0显著高于室内最大动剪切模量G_(max)。说明取样、运输及制样等过程存在对土样的扰动作用,仅借助室内试验难于还原土体原位刚度特性;原位剪切模量随着冻融循环次数的增加而减小,冻融作用的影响随着应变的增大逐渐减弱,当应变超过工作应变γ_(DMT)时,可忽略冻融循环对土体动剪切模量的影响,根据工程实际应变范围和冻融作用合理选用土体刚度值是深季节冻土区工程设计的关键。     

埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统动力响应分析

针对地铁列车运行中引起的地表振动问题,研究了埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统的动力响应。将地基土体采用Biot饱和多孔介质理论来模拟,将地下轨道结构简化为埋置无限长Euler-Bernoulli梁,埋置移动荷载作用在梁上。并采用传递透射矩阵法(TRM法)考虑地基的成层性。利用Fourier变换及逆变换,结合梁与土体间的力与位移连续条件,得到了地基在时间空间域内的动力响应解答。当饱和成层地基退化为均质黏弹性地基时,所得解与已有解能很好地吻合。最后,通过数值算例分析了梁的刚度﹑埋置深度及荷载移动速度、频率等因素对地表振动的影响。     

非线性成层地基下基岩平稳地震动输入

采用二次反演计算基岩的平稳地震动输入。首先根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）的地震影响系数曲线，利用加速度峰值等效原则迭代计算得到地面加速度平稳功率谱密度；然后通过等价线性化法计算地基各土层的剪切模量和阻尼比，将地面加速度平稳功率谱密度作为地面边界上的虚拟稳态输入，运用半无限长剪切梁上的一维波动方程，通过非线性迭代分析求得非线性分层地基下基岩的加速度平稳功率谱密度。该方法可为缺乏地面或基岩地震加速度记录资料的地区的堤坝等大型上部结构及隧道、管道等建筑物的随机地震响应分析提供较为可靠准确的基岩地震动输入，并可得到地基中不同深度的加速度、剪应变等动力响应的稳态峰值期望值，为应用随机理论进行工程抗震计算提供了依据。     

层状土层随机地震反应分析的近似解法

基于模态摄动方法,提出了层状土层随机地震反应的近似分析方法。该方法首先利用等效均匀剪切梁的模态和频率,将层状土层的微分方程转化为代数方程,得到层状土层的固有频率和模态。在此基础上,推导了层状土层随机地震反应的计算公式。最后通过算例,阐述了基于模态摄动法进行随机地震反应的计算过程并分析了该方法的计算误差。计算结果表明,这一方法简单有效,其误差可控制在5%以内。     

新型分层模型求解非均匀土层轴对称问题

该文通过应用一种新的分层模型求解了剪切模量任意变化的非均匀土层受轴对称荷载时的表面位移沉降。根据任意曲线都可以用一系列连续的直线段来逼近,非均匀土层被分为若干个子层,在每个子层中,假设剪切模量沿厚度方向按线性变化,在子层的界面上剪切模量连续并且等于实际值。应用Hankel积分变换和传递矩阵方法,求解了剪切模量按照不同函数形式变化的表面沉降。     

Assessment of shear modulus of tissue using ultrasound radiation force acting on a spherical acoustic inhomogeneity

An ultrasound-based method to locally assess the shear modulus of a medium is reported. The proposed approach is based on the application of an impulse acoustic radiation force to an inhomogeneity in the medium and subsequent monitoring of the spatio-temporal response. In our experimental studies, a short pulse produced by a 1.5-MHz highly focused ultrasound transducer was used to initiate the motion of a rigid sphere embedded into an elastic medium. Another 25 MHz focused ultrasound transducer operating in pulse-echo mode was used to track the displacement of the sphere. The experiments were performed in gel phantoms with varying shear modulus to demonstrate the relationship between the displacement of the sphere and shear modulus of the surrounding medium. Because the magnitude of acoustic force applied to sphere depends on the acoustic material properties and, therefore, cannot be used to assess the absolute value of shear modulus, the temporal behavior of the displacement of the sphere was analyzed. The results of this study indicate that there is a strong correlation between the shear modulus of a medium and spatio-temporal characteristics of the motion of the rigid sphere embedded in this medium.     

层状场地自振频率的弹簧-剪切梁法研究

基于匀直剪切梁横向自由振动微分方程和刚性半空间上的直立悬臂剪切梁模型, 考虑半空间弹性, 发展和建立了弹簧-剪切梁模型, 并获得了单层以及任意多层覆盖情况下的隐式解析解和递推公式。以弹簧-剪切梁模型分析了传统半空间刚性假设对场地自振频率计算结果的影响。结果表明, 半空间刚性假设引起的计算误差随着剪模比和覆盖层厚度的增大而减小。对于一般实际场地, 在覆盖层厚度不是很小的情况下, 采用传统刚性假设剪切梁法计算场地自振频率可获得比较满意的精度。     

剪切模量沿深度按指数规律增大的场地土的地震放大效应

采用一维波动模型分析基岩上、受竖直向上传播的稳态剪切地震波激振下剪切模量沿深度按指数规律增长的场地土的横向自由振动问题,求得位移的闭合解,并由该解得到反映地震放大效应的场地的放大系数。通过对此类场地土的算例分析,讨论了剪切模量沿深度按指数规律增长的场地土的地震放大效应,并从讨论中总结了场地土土质特性、基岩与场地土底面之间的阻抗比及振动频率对地震放大效应的影响规律,同时验证了广泛使用的场地卓越周期简化估算公式仍可应用于剪切模量沿深度非线性变化的场地土。     

考虑频率参数协调的频率相关等效线性化方法

基于土动力试验呈现出的土体动参数频率相关特性,结合一维等效线性化理论,建立了能够考虑动三轴或共振柱测试频率Rf和波速测试频率f（v_s）相协调的频率相关等效线性化方法。首先,基于国内外不同学者的试验结果,回归建立了土体剪切模量-频率和阻尼比-频率关系式,推导得到了规准化频率相关土体剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系式;其次,对频率无关等效线性化方法进行了改进,传递函数采用频率相关的剪切模量和阻尼比,建立了频率相关的等效线性化方法;最后,采用频率相关和频率无关等效线性化方法,分别对单层覆盖层均质线性场地和单层覆盖层非线性场地进行了不同工况下的土层地震反应分析计算,计算结果表明:1）试验室土动力性能参数测试频率Rf对地震响应影响较大,波速测试频率f（v_s）影响较小;2）采用动三轴试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果略低于频率无关方法结果。采用共振柱试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果大幅高于频率无关方法结果。     

基于土层位移差的地下结构抗震分析的反应位移法

采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了具有小孔的无限介质在无限远处受到剪应力时的水平位移,得出有小孔时和无小孔时的位移关系,可以应用在基于土层位移差的反应位移法的土层位移的求解。为了验证该方法的适用性,设定某地质条件下的典型的圆形盾构隧道和矩形地下车站为基准模型,使用不同的方法求解土层位移,再用反应位移法计算土体刚度变化时的结构内力。结果表明：基于土层位移差的反应位移法适用于埋深较大的地下结构,不适用硬土的情况,对地基弹簧刚度的求解精度要求较高。     

打桩过程中桩的横向振动分析

利用Winkler地基土模型对锤击法沉桩时层状地基中预制桩建立了合理的力学模型。经过动力分析,给出了单桩在桩顶偏心动力竖向荷载作用下动力响应的数值解,并分析了激振强度、桩径、土对桩的水平地基反力系数以及土的粘滞阻尼系数等对桩动力响应的影响。为研究桩在强烈轴向和弯矩激振共同作用下的响应提供了初步的分析方法,特别对预制钢筋混凝土桩的设计和施工具有指导意义。