移动荷载作用下横观各向同性饱和地基的动力响应

利用半解析法对移动条形荷载作用下横观各向同性饱和两相弹性介质的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设了响应函数的级数形式,利用土体表面边界条件,由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的两相介质在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.通过计算,给出了不同土体渗透系数,以及荷载移动速度下横观各向同性对土体位移响应的影响.数值结果表明,横观各向同性对土体位移响应影响较大.     

移动车辆荷载作用下路面的动力响应

利用半解析的方法研究了车辆荷载作用下高速公路的动力响应问题.建立了三维道路系统模型,采用Kirchhoff小变形无限大薄板来模拟混凝土面层,多孔饱和半空间来模拟路面以下土体,假定薄板与半空间光滑接触,且接触面完全透水.板的竖向位移可由接触条件求得.车辆荷载用4个均布矩形荷载来模拟.在忽略土颗粒缩性与自重的情况下,半空间土体引入Biot波动方程.通过傅里叶变换把土体与板的控制方程转化为常微分方程进行求解,结合土体的边界条件以及土体与板的接触条件求得在变换域里的土体竖向位移表达式,采用快速傅里叶变换（FFT）来进行逆变换求得土体时域内的位移.通过数值计算表明,荷载移动速度、土体的渗透系数以及板的刚度对道路系统位移响应的影响比较明显.     

移动荷载作用下加筋路堤和轨道系统的三维动力响应

用解析法研究了加筋路堤上轨道系统在移动荷载作用下的三维动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立了加筋路堤轨道系统分析模型。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,将加筋路堤作为一横观各向同性层来考虑,将下卧土体考虑为由Biot波动方程描述的饱和半空间。联立轨道系统、加筋路堤和下卧土体的动力方程,在Fourier变换域内求解荷载作用下钢轨位移和土体位移的表达式,将求得的表达式进行Fourier逆变换得到其在时域里的表达式。研究了列车移动速度、加筋路堤层的厚度、荷载幅值大小和加筋率等对路堤及轨道系统动力响应的影响。计算结果表明,钢轨竖向变形随着速度的增大呈现先增大后减小的趋势;加筋路堤上的钢轨竖向变形显著小于同厚度下未加筋路堤上的钢轨竖向变形;钢轨竖向变形随着荷载幅值的增大而增大;随着加筋率的增大而减小。     

移动荷载作用下饱和土地基无限板的动力响应

利用Biot波动理论、无限大板的弹性理论,研究了移动荷载作用下饱和土地基上覆弹性板的动力响应问题.首先引入两类势函数解耦Biot波动方程,由所引入势函数及二维Fourier变换,得出了土体位移、应力及孔压在变换域内的通解.再根据无限大板的弹性理论求解变换域内饱和土的波动系数及板的内力表达式.最后利用IFFT算法得出时间-空间域内的解析解.通过具体算例,分析了荷载移动速度、土层剪切模量对板内力、土体的动力响应的影响.     

饱和土体中衬砌隧道在移动荷载下的动力响应

为了研究移动点荷载作用下饱和土体全空间中圆形衬砌隧道的三维动力响应,采用解析方法进行求解.用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质模型模拟土体.引入两类势函数表示土骨架和孔隙水的位移,在不同环向模态下利用修正Bessel方程求解各势函数.结合边界条件,得到频率-波数域内衬砌和土骨架位移、孔隙水压力的解答.对各模态下的解答求和,并进行双重Fourier逆变换得到时间-空间域内的动力响应.通过算例分析荷载速度、土体渗透性等对位移及土体孔压的影响.结果表明:饱和土体中衬砌隧道系统存在临界速度,该速度与土体剪切波波速很接近;位移场和孔压场分布受荷载速度、土体渗透性影响较大;随着土体渗透性增大,土体孔压减小;高速荷载时的位移响应频谱与低速荷载时的差别很大.     

饱和土体中衬砌隧道在移动荷载下的动力响应

为了研究移动点荷载作用下饱和土体全空间中圆形衬砌隧道的三维动力响应,采用解析方法进行求解.用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质模型模拟土体.引入两类势函数表示土骨架和孔隙水的位移,在不同环向模态下利用修正Bessel方程求解各势函数.结合边界条件,得到频率-波数域内衬砌和土骨架位移、孔隙水压力的解答.对各模态下的解答求和,并进行双重Fourier逆变换得到时间-空间域内的动力响应.通过算例分析荷载速度、土体渗透性等对位移及土体孔压的影响.结果表明：饱和土体中衬砌隧道系统存在临界速度,该速度与土体剪切波波速很接近;位移场和孔压场分布受荷载速度、土体渗透性影响较大;随着土体渗透性增大,土体孔压减小;高速荷载时的位移响应频谱与低速荷载时的差别很大．     

列车加减速引起轨道结构和饱和地基振动

为了研究列车加减速引起的饱和地基振动问题,基于两相介质Biot动力控制方程的简化u-p格式,开发二维饱和土体单元. 通过引入饱和土体黏弹性人工边界,求解移动点荷载作用下的二维饱和地基动力响应,并与半解析解进行对比验证,说明饱和土体单元的正确性和黏弹性人工边界的适用性. 结合E-B梁单元、弹簧-黏壶单元和集中质量单元对轨枕、道砟离散支承的轨道结构及饱和地基进行二维有限单元离散. 将列车荷载简化为平面内的移动轴荷载,通过与列车匀速时对比研究列车加速和减速时饱和地基的孔压、位移响应及离散轨枕、道砟的加速度响应. 结果表明列车减速将增大轨枕、道砟的水平及竖向加速度峰值;列车加速和减速在饱和地基中引起方向相反的土体水平向位移,且减速时土体水平位移峰值更大;列车加速和减速均增大土体竖向位移峰值.     

移动荷载下无面层加筋路基的动力响应

为研究移动荷载下饱和加筋复合土体的动力响应问题,采用半解析方法,将加筋路基看成宏观上的横观各向同性体,由Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设响应函数的级数形式,结合边界条件,由待定系数法求解考虑固液耦合作用的饱和加筋复合土体在移动荷载作用下土体位移、有效应力及孔压的表达式,通过计算分析加筋率、筋材模量、荷载移动速度对复合土体竖向位移和孔压的影响.数值分析结果表明:加筋率只有在一定范围内时加筋效果才会比较明显;加筋复合土体表面最大竖向位移随着速度的增大而增大,达到峰值后迅速减小.     

饱和土中单桩受移动荷载作用的动力响应

根据Biot动力理论,采用Fourier和Hankel变换方法得到了半空间饱和土受移动荷载及土体内受垂直简谐荷载作用下的变换域内基本解.再根据虚拟桩法,得出了移动载荷作用下桩基的第二类Fredholm积分方程.最后应用IFFT方法得到时间、空间域内单桩的动力响应.数值结果表明,移动荷载会引起桩身的负摩擦力;桩身最大轴力、孔压随移动荷载速度增加而增大;此外,在桩上端部会出现孔压集中现象.     

移动荷载下加筋道路系统的动力响应

将加筋道路的面层简化为弹性梁，加筋地基作为横观各向同性体，同时考虑了下卧土层孔隙水的影响，用半解析法对在匀速移动条形线荷载作用下的加筋道路体系的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发，对荷载进行Fourier级数展开，假设了响应函数的级数形式，结合边界条件，由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的加筋道路在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.求解过程中考虑了面层和加筋地基之间的相互作用，并假设两者在接触面处竖向位移相等.通过计算，分析了加筋率、筋材模量、荷载移动速度等对路面竖向位移的影响.数值分析结果表明，当加筋率在0.010～0.022时，对加筋效果的影响较大；加筋道路路面竖向位移随着荷载移动速度的增大而增大，达到峰值后迅速减小.     

2.5D有限元分析列车荷载引起非饱和土地面振动

为研究高速列车荷载引起非饱和土地面振动,将地基视为三相介质,开发非饱和地基2.5维有限单元方法.用Euler梁模型模拟轨道系统,对控制方程进行时间Fourier变换和轨道方向波数变换,结合边界条件和Galerkin法推导出频域内2.5维有限元方程,频域-波数域内解答通过快速Fourier逆变换得到时域-空间域结果,通过数值分析考察车速和路基饱和度对地面振动及超静孔隙水压力影响.结果表明:车速较低时,路基从近饱和到完全饱和轨道中心处地面竖向振动位移幅值显著增加;同一速度下非饱和路面加速度幅值大于饱和路面,其地面振动位移和加速度随时间更快衰减.同一车速下距轨道中心8 m处非饱和路基地面振动加速度峰值远大于饱和路基,车速超过300 km/h后两者地面振动位移幅值趋于相等.近轨道处地面振动幅值快速衰减,远轨道处衰减变慢.轨道中心下超静孔隙水压力分布深度为地表下0～4.5 m,最大峰值约在1.8 m,且随路基饱和度降低显著减少.     

不平顺路面对交通荷载引起的地基振动影响

为研究不平顺路面对交通荷载引起的成层地基振动的影响,建立交通荷载-不平顺路面-双层地基耦合模型,分别采用单相弹性介质理论与Biot饱和两相介质理论模拟地基上、下层土体,采用Kirchhoff薄板理论模拟路面系统,采用正弦曲线模拟不平顺路面;通过线性Hertzian接触模型得到不平顺路面引发的车轮-路面动力荷载. 采用Fourier变换求解系统控制方程,通过快速Fourier逆变换（IFFT）求得时域结果. 数值研究结果表明,不平顺路面引发的车轮-路面动力荷载对成层地基振动响应的影响不容忽视. 当上层土体模量较小时,动力荷载引起的地表加速度大于轴重荷载引起的加速度,是引起地表振动响应的主要因素;随着上层土体模量增大,动力荷载引起的振动相对减小,但仍不可忽略. 此外,动力荷载是引起下卧饱和土地基超静孔压响应的主要因素.     

移动荷载作用下地基-轨道系统的土动力分析

以列车运行时的轨道--地基系统为对象，将轨道--地基系统简化为成层地基上的Winkler梁模型，对移动荷载作用下成层地基的动力响应进行分析，得到了移动荷载作用下土的动力响应．     

移动荷载作用下轨道-高架桥系统的动力分析

以城市轻轨系统为研究对象，建立了轨道—高架桥系统的计算模型，分别以二次梁模型和Euler梁离散化模型计算移动荷载作用下轨道和高架桥的动力响应，并对2种模型的计算结果作了比较与分析。     

移动荷载作用下的轨道—地基系统的动力响应

以列车运行时的轨道－地基系统为对象,将轨道－地基系统简化为半无限地基及成层地基上的Winkle梁,对高速移动荷载作用下的梁－地基系统的协同工作进行了分析,得到了轨道与地表面的动力响应的计算公式。