非连续弹性圆柱实心桩屏障对弹性波的隔离

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩土界面处位移和应力连续的边界条件,得到了非连续弹性圆柱实心桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解,通过引入无量纲位移,即屏障后某处土体内由入射波和散射波引起的总的纵向位移和水平位移与未设屏障时由入射平面P波和SH波在该处土体内单独引起的位移幅值的比值,根据求得的散射系数的理论解,绘制了平面P波和SH波单独入射情况下,弹性圆柱实心桩屏障后不同位置的无量纲位移、不同剪切模量的弹性圆柱实心桩屏障后的无量纲位移等值线和透射系数随桩间距的变化曲线,通过研究这些图件进而分析了屏障后不同位置、剪切模量、桩间距和入射频率对非连续弹性圆柱实心桩屏障的隔离效果的影响,为非连续弹性屏障的隔振设计提供了理论依据.     

SH波入射下多重散射的改进算法及任意桩布置形式的隔振研究

引入位移连续的边界条件并结合Graf加法定理,得到了任意分布的多个圆柱体对于弹性波入射时散射系数的理论解析解。随后,将此任意分布的多个圆柱体重新分布在相平行的两条直线上,该问题演变成为双排非连续屏障对于弹性波的隔离问题。引入无量纲位移概念来研究屏障的隔振效果,即屏障后某处土体由入射波和散射波引起的总的位移幅值与未设置屏障时由入射波在该处土体单独引起的位移幅值的比值。重点讨论了屏障的排间距h和桩间净距Sp对整体隔振效果的影响。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。     

刚性空心管桩屏障对P波和SH波的隔离效果研究

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩-土界面处总应力和扭矩平衡的边界条件,得到单排非连续刚性空心管桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解。引入无量纲位移和透射系数等概念,绘制了不同壁厚的刚性空心管桩屏障后的无量纲位移等值线、透射系数随管桩间距的变化曲线以及不同数量的管桩组成的屏障后的无量纲位移变化曲线等图件,通过进一步的分析得出单排非连续刚性空心管桩屏障的隔振效果随着管桩间距和壁厚的减小而提高、最佳隔离区域随着管桩数量的增多而增大等重要结论,为非连续刚性屏障的隔振设计提供了理论依据。     

饱和土体中多排桩屏障对压缩快波的隔离

假定桩的长度远大于直径, 将多排弹性桩组成的非连续屏障对平面压缩快波(简称P₁波)的隔离简化为弹性波多重散射的二维平面问题, 运用复变函数的保角映射方法和波场势函数展开法, 根据桩-土界面处应力和位移连续的边界条件, 得到散射波场势函数展开式中待定复系数的理论解。通过分析屏障后的位移比值(某点由入射和散射弹性波产生的总位移与入射弹性波单独产生的位移之比)的变化规律, 对比了单排、双排和三排桩屏障的隔离效果, 研究结果表明:1) 多排桩屏障对高频入射P₁波的隔离效果好于低频入射P₁波;2) 随着桩排数的增多, 多排桩屏障的隔离效果明显提高, 有效隔离区域明显增大;3) 当桩排数达到三排时, 屏障后一定范围内的隔离效果提高到了70%, 隔离效果比较理想。     

任意排列的弹性实心桩屏障对平面SH波的多重散射

为了弥补以往假设单重散射的计算方法中不考虑桩列作为整体屏障从而忽略桩间互相干涉关系的不足,提出了一种新的理论计算方法以求解任意直径、任意排列的弹性桩对入射平面SH波的多重散射。通过桩土界面的位移、应力连续条件可以求得待定的多重散射系数。多重散射中,每根桩的第一重散射即为通常的单重散射;第二重散射可表示为该桩被其余桩的第一重散射波之和所激发的散射波;以此类推至无穷多重散射。将无限重散射叠加即任意直径、任意排列弹性桩对平面SH波的多重散射的精确解。随后数值算例分析讨论了不同散射重数、剪切模量、桩间距以及桩数等对单排弹性桩屏障隔离效果的影响,绘制了屏障后的无量纲位移曲线,并引入透射系数来评价非连续弹性桩屏障的隔振效果,对实际工程中的振动污染治理和屏障隔振设计提出了有意义的结论和建议。     

弹性波多重散射的改进算法及双排刚性桩隔振研究

同Aviles等学者传统的多重散射隔振理论相比较,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开式来研究波的散射问题,同时,结合更具一般意义上的Graf加法定理,并引入连续性边界条件,得到了任意分布的多个刚性圆柱体关于平面SV波入射下散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于两条相平行的直线上,该问题演变成为双排非连续刚性屏障对于弹性SV波的隔离问题。引入无量纲位移和屏障后透射系数的概念,重点讨论了屏障双排桩之间间距h的影响以及屏障其他一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为单排非连续刚性屏障的隔振问题。     

饱和土中管桩对倾斜入射弹性波的隔离

在Biot饱和土波动方程的基础上,分析了全空间均质饱和土体中单排空心管桩对倾斜入射弹性波的隔离效果。将倾斜入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数的形式,利用一组圆柱坐标系统和Graff加法转换定理,通过施加桩土界面处的应力和位移连续的边界条件,求解出散射波势函数的待定系数,进而得到饱和土体中任意点的位移和应力。数值算例分析了饱和土体的渗透性和管桩的壁厚等参数对管桩隔离效果的影响。结果表明：空心管桩的隔离效果要好于实心排桩;随着饱和土体渗透性的降低,管桩的隔离效果越好,但当渗透性降低到一定程度后,再减小土体渗透性对管桩的隔离效果影响不大。     

饱和土体中多排柱腔屏障对压缩快波隔离

假定柱腔(圆柱形空腔)长度远大于直径,将多排柱腔组成的非连续屏障对平面P1波(压缩快波)隔离简化成弹性波多重散射的二维平面问题,利用复变函数保角映射法及波场势函数展开法,据柱腔自由(土骨架轴向、切向应力为零)边界条件获得散射波场势函数展开式的待定复系数理论解。通过分析位移比值(屏障后某点由入射、散射弹性波产生的总位移与入射弹性波单独产生的位移之比)变化规律,对比单、双及三排柱腔屏障的隔离效果。研究表明,边界不透水柱腔屏障隔离效果好于透水;多排柱腔屏障对高频入射P1波隔离效果好于低频入射;随排数增多柱腔屏障隔离效果明显提高,有效隔离区域明显增大;当排数达到三排时柱腔屏障后一定范围内隔离效果达70%,效果较理想。     

多排柱腔列对平面P波和SH波的隔离

运用复变函数的保角映射方法和波函数展开法,利用P波和SH波耦合散射的特性,根据土体在柱腔壁处完全自由(即径向应力和切向应力为零)的边界条件,得到了多排柱腔列构成的非连续屏障对平面P波和SH波隔离的二维平面问题的理论解,通过绘制屏障后归一化位移(同一点处由入射和散射波产生的总位移与入射波单独产生的位移之比)的等值线图,分...     

管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明:整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。     

多排任意排列的弹性桩屏障对平面P波或SV波多重散射

提出可计算任意排列、任意圆截面多排弹性桩屏障对平面P波或SV波的多重散射理论方法,可弥补单重散射假定只在散射体截面尺寸相对入射波长可忽略情况下成立的不足,并考虑桩与桩间互相干涉现象。散射过程定义任意一弹性桩对入射P波或SV波的散射为第一重,第二重散射可将第一重散射波作为次生波源,继而对所有散射体皆遵循此过程;每一重散射均在桩土边界满足应力及位移连续条件,从而获得前一重与后一重散射的波函数迭代关系;总散射波场可由所有散射体各重散射叠加获得。数值计算考查相同截面多排桩屏障的散射重数、桩距、排距、桩土模量比等参数对屏障隔离效果影响。该方法可作为实际工程隔振设计理论参考依据。     

多排柱腔构成的非连续屏障对SV波的隔离

运用复变函数的保角映射方法和波函数展开法,根据柱腔壁处土体完全自由,即应力为零的边界条件,得到了多排柱腔构成的屏障对入射平面SV波的多重散射的理论解,根据屏障后归一化位移(入射和散射SV波产生的总位移与入射SV波在同一点产生的位移之比)的变化规律,着重分析了多排(双排和三排)和单排柱腔对平面SV波的隔离效果,结果表明：(1) 双排和三排柱腔屏障的隔离效果明显好于单排柱腔屏障;(2) 当入射SV波的频率较低时,双排并列正对的柱腔屏障的隔离效果较好,而当频率较高时,双排交错的柱腔屏障的隔离效果较好;(3) 三排梅花桩布置的柱腔屏障的隔离效果好于双排柱腔,当入射SV波的频率较高时,屏障后有近3/4的面积的隔离效果都超过了60%;(4) 无论是单排还是多排柱腔屏障,当入射SV波频率较高时,靠近屏障边缘区域的隔离效果要好于中心区域。     

Scattering of elastic P and SV waves by a rigid elliptic cylindrical inclusion

The 2-dimensional problem of scattering of obliquely incident $\text{P}$ and SV waves by an infinite rigid elliptic cylinder embedded in an infinite, isotropic and homogeneous elastic medium is solved. Approximate formulas are derived for the displacement field, stress tensor, far-field amplitudes and the scattering cross section when the wave lengths are large compared to the distance between the two focii of the elliptic cylinder.     

Diffraction of SH waves by Griffith cracks or rigid strips lying in a laterally and vertically non-homogeneous infinite medium

The problem of diffraction of obliquely incident SH waves by one Griffith crack in an infinite non-homogeneous elastic medium is solved. The problems of diffraction of normally incident SH waves by two coplanar cracks or by two coplanar rigid strips in an infinite non-homogeneous elastic medium are also solved. Approximate expressions are derived for the displacement component and the stress intensity factors. The modulus of rigidity (μ) and the density (ρ) of the material are assumed to vary both in the horizontal (x) and vertical (z) directions, and the ratio $\text{μ}\text{ρ}$ is assumed to be constant. The numerical values of the stress-intensity factors are displayed graphically to show the effect of non-homogeneity of the material. The results for the corresponding problems for an isotropic, homogeneous, elastic medium are derived as particular cases.