非饱和土地基中P1波通过复合多层波阻板的传播特性研究

基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板(复合多层波阻板以3层为例),利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中P₁波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理、力学参数对非饱和土地基中P₁波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明：复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量对透、反射系数影响显著,层间波阻板材料的密度对透、反射系数影响较小。故严格控制层间波阻板的剪切模量可以获得很好的隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。     

公路交通荷载作用下波阻板隔振效果试验分析

公路交通荷载作用下引起的地基振动问题已经成为环境振动与控制领域的研究热点之一。以国道312线甘肃境内平凉西至界石铺段维修改造工程项目中对公路沿线周边民用建筑由于地基振动引起的损坏为研究背景,通过现场试验对公路交通荷载作用下地基中波阻板的实际隔振效果进行研究。采用实测速度作为振动评价指标,针对卡车和压路机两种荷载作用下,分别研究素混凝土、泡沫夹芯和无砂混凝土等3种不同材料波阻板的主动隔振效果。研究结果表明,公路交通荷载作用下,通过设置波阻板可以有效减小振动输出,其中泡沫夹芯波阻板的隔振效果最好,无砂混凝土波阻板次之。     

二维地基波阻板隔振的复变函数解

对二维弹性地基波阻板隔振体系进行了理论解析分析。借助弹性力学复变理论,建立了二维弹性地基中矩形波阻板对波场散射问题的控制方程;据波阻板与半空间交界面处的连续性条件,考虑平面SH波入射,运用波动函数展开法得到了二维地基波阻板隔振性能的解析解答;利用振幅衰减系数(有屏障时的振幅与无屏障时的振幅之比)的变化,分析了波阻板剪切模量、波阻板埋深、弹性波入射角度对隔振效果的影响。结果表明,随着波阻板剪切模量的增加隔振性能提升明显;对地表位移的隔振效果随着波阻板埋深的增加逐渐减小;弹性波的入射角度对隔振效果随着入射角度的减小而提高。     

含液饱和多孔波阻板的地基振动控制研究

基于含液饱和多孔介质中的流-固耦合作用,提出了以含液饱和多孔材料作为隔振屏障的一类新型的地基振动控制体系。考虑在弹性地基内部设置饱和多孔波阻板,基于线弹性理论和Biot多孔介质模型,采用Fourier级数展开的方法,分别建立了地基表面和内部受到条形简谐荷载作用下地基动力响应的计算列式。通过数值算例,与传统的单相固体波阻板的隔振效果进行了比较,并且分析了多孔材料波阻板中固相材料性质、孔隙率、孔隙流体性质等物理力学参数对地基隔振性能的影响规律。结果表明,相对于单相固体波阻板隔振体系,基于含液饱和多孔波阻板的地基隔振体系更加具有优越性,并且更具有可设计性。     

波阻板对平面P-SV波的散射及其隔振性能分析

在二维弹性地基的有限深度处埋设波阻板,采用复弹性理论分析波阻板对平面P-SV 波的散射及其隔振效果。首先,通过保角映射技术给出矩形波阻板的映射表达式;其次,根据复弹性理论建立问题在复数域上的动力学控制方程和应力边界条件,并结合波函数展开法得到动力响应解答;最后,引入振幅衰减系数,并通过其变化曲线分析平面P-SV波作用下埋置深度、剪切模量比、弹性波入射角度以及弹性波频率等对隔振效果的影响。结果表明：剪切模量比对波阻板隔振效果影响显著,且随着模量比增大,隔振效果增强;波阻板埋深越大,隔振效果越差;随着入射波角度和频率增大,隔振效果也随之降低。     

非饱和土地基振动响应分析

非饱和介质波动理论的发展,使得非饱和土地基动力响应问题求解成为可能。根据现有的非饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,建立非饱和多孔介质动力反应分析的显式有限元分析方法,并编制相关计算程序。通过与已有解析解的对比,验证了方法及程序的正确性和精度。利用该方法,分别分析了刚性基础与柔性基础条件下非饱和土地基振动问题,重点讨论了饱和度对非饱和土地基振动响应的影响,结果表明:刚性基础条件下地基的振动响应大于相同条件下柔性基础地基振动响应;土体饱和度S_r=1时地基各点振动比S_r1时明显减小;刚性基础条件下,S_r1时,随着饱和度增加各点竖向位移减小,水平位移增大,而柔性基础条件下,S_r1时,饱和度对地基各点振动的影响有限。     

二维层状地基波阻板隔振分析

为了研究层状地基中波阻板的隔振效果，基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性、边界单元法处理无限域问题的精确性，结合两种方法的优点，本文采用以薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法，分别对上软下硬和上硬下软两种层状半空间地基中波阻板的隔振效果进行分析。研究表明：增加波阻板的厚度、提高波阻板的弹性模量可以显著提高隔振效果；分层土体厚度和土性对于水平和竖向的位移振幅衰减系数有较大影响。     

列车荷载作用下混凝土排桩主动隔振研究

为了研究混凝土排桩作为地基中主动隔振屏障时，桩屏障后地基深处隔振变化规律，运用有限元软件建立轨道-路基-地基三维模型；以振幅降低比作为隔振效果评价指标，将排桩的桩长、埋深及桩间距作为影响地基深处隔振效果的研究变量，分析结果表明：通过增加桩长、减小埋深以及减小桩间距等方式是降低路基边坡处振动的有效措施；随着桩长增加，地基深度方向隔振效果变好，桩长为15 m时，地基深度方向整体隔振效果已较优；埋深变化对地基深度方向隔振效果影响较明显，埋深越大，地基深处隔振效果越差，当埋深为5 m时，深度方向隔振效果已较差，减小埋深是提升深度方向隔振效果的有效措施；随桩间距越大，地基深度方向隔振效果越差，布置桩时，适当减小桩间距有利于降低列车诱发的深度方向的振动。     

爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律

为了探究岩石开挖爆破地震波作用下邻近圆形洞室的动力响应规律,采用FLAC3D数值模拟软件研究爆破地震波作用下不同埋深圆形隧道洞壁和地表振动速度的缩放规律,以及对不同频率平面简谐P波入射时,隧道洞壁及地表振动速度的分布规律进行研究,并通过理论计算结果的对比分析,检验了数值模拟的可靠性。研究结果表明:隧道埋深会引起隧道洞壁及地表振动速度产生缩放效应:隧道埋深较浅时,隧道洞壁上半部分缩放效应大于下半部分,振动速度放大系数随埋深增加而减小;埋深较深时时,隧道洞壁各位置质点振动速度放大效应随埋深的增加呈现递增规律;地表振动速度放大系数峰值随隧道埋深的增加向背爆侧偏移;迎爆侧洞壁振动速度随入射波频率增加呈增大趋势;地表振动速度放大系数峰值随入射波频率增加向爆源方向偏移。     

深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性。基于Bishop非饱和土有效应力原理和单相流固结理论,建立了单相流条件下非饱和土的运动方程。通过位移势函数解耦,得到了非饱和土在简谐荷载作用下的动力响应解答。将衬砌结构视为均匀弹性介质,基于弹性理论,得到了简谐荷载作用下圆柱形衬砌结构的稳态形式解答。利用土体与衬砌界面的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定了表达式的待定系数。在此基础上,考察了饱和度、吸力折减系数、衬砌厚度等参数对非饱和土响应幅值的影响。结果表明:随着衬砌厚度的增加,系统响应幅值逐渐减小;饱和度和吸力折减系数对孔隙水压力幅值的影响较大,而对径向位移和环向应力幅值的影响较小。