基于谱元法动荷载下土体动力响应研究

基于弹性体激振下的运动方程以及入射波与反射波的叠加理论,结合坐标变换和傅里叶变换,建立了分析移动荷载作用下层状土体动力响应的谱元法,推导了层状土体在移动荷载下的整体劲度矩阵.对某实际算例中层状土体进行动力响应分析,得出了由于荷载频率、荷载速度导致的土体表面各点竖向位移的改变关系,与其它方法结论一致,表明谱元法分析土体动力响应的合理性.     

求解层状轴对称课题的传递矩阵法

总结了求解轴对称层状半无限体的传递矩阵法 ,认为静态弹性、静态粘弹性、动态弹性和动态粘弹性轴对称层状半无限体都可以用统一的状态方程来描述 ,参照现代控制论中求解状态方程的方法 ,解出上述方程组 ,然后针对半无限体特殊的边界情况进行了处理 ,并以动态问题为例 ,给出动态传递矩阵的具体表达式及已知表面状态向量时的应力、位移表达式 ,最后给出了传递矩阵的几点性质。     

移动荷载作用下弹性半空间土体的动力响应

基于弹性体激振下的运动方程以及入射波与反射波的叠加理论,结合坐标变换和傅里叶变换,建立了分析移动荷载作用下弹性半空间土体动力响应的谱元法.对某实际算例中路面的各力学性能指标进行动力响应分析,得出了由于荷载速度、荷载频率以及土体阻尼比不同而导致的土体表面各点竖向位移的变化,并与其他方法计算结果进行对比.结果表明:该方法合...     

线弹性静力问题的Fourier谱元法初探

将Fourier谱元法引入到线弹性静力问题的求解当中,推导其在空间内对离散未知函数的表达式,进而得到三维情况下形函数表达式,并对单元进行等参变换,得到整个问题从有限元方法的基本理论转换到傅里叶谱元法当中,推导积分运算的具体高斯积分形式,通过计算对比,验证了谱元法计算的可靠性。     

基于薄环层元法的层状地基中摩擦桩竖向受荷计算

基于薄环层元法和虚土桩假设,提出了层状地基中竖向受荷摩擦桩计算模型。将桩身正下方至基岩间的土层视为虚土桩,并将桩土体系划分为多个薄层单元;随后利用虚位移原理求得薄环单元和桩单元的单元矩阵方程,并根据单元间平衡关系建立整体矩阵方程;最后通过桩与桩周土的协调关系,计算出层状地基中桩土体系位移。计算结果与已有方法结果吻合良好,验证了本文的正确性与可靠性。参数分析表明,计算单元厚度越小,精度越高;三层地基中的摩擦桩,中间夹层模量越大,其分担的荷载越多。桩端下卧土层厚度越小,桩端刚度越大。当桩端土厚度小于0.3倍地基厚度时,桩端刚度显著增大。当桩端以下土体分层时,桩端刚度与持力层厚度和强度密切相关。     

利用瑞利面波特性计算动力响应的进一步探讨

本文根据地基中瑞利面波的能流分布规律，提出了利用面波的第一模态波模拟水平向传播波，而竖向传播波则采用半无限单元模拟。通过算例验证了本文方法的可靠性和精确性，并与传统的传递边界法进行了比较，最后讨论了衰减系数中对计算结果的灵敏性。     

利用瑞利面波特性计算动力响应的进一步探讨

本文根据地基中瑞利面波的能流分布规律，提出了利用面波的第一模态波模拟水平向传播波，而竖向传播波则采用半无限单元模拟。通过算例验证了本文方法的可靠性和精确性，并与传统的传递边界法进行了比较，最后讨论了衰减系数中对计算结果的灵敏性。     

考虑土体流变特性的盾构机-土体相互作用研究

针对掘进状态下盾构机-土体相互作用问题,考虑土体流变特性,基于黏弹性理论和叠加原理,建立了盾构机-土体相互作用模型,提出了考虑盾构机结构特点,掘进速度和土体流变时效性的盾构机和周围土体间接触应力的计算方法,得到盾构机-土体接触应力与地层初始应力,开挖半径和时间成正比,与土体位移成反比。将黏弹性解与弹性解进行了对比,结果显示考虑流变作用推导的黏弹性解大于弹性解。对土体黏性系数、盾构机掘进速度和停机时间对盾构机-土体接触应力的影响规律进行了分析,结果显示盾构机-土体接触应力随着黏性系数的增大逐渐减小并趋于稳定,随掘进速度的增大逐渐减小并逼近于弹性接触应力分布曲线,随着停机时间的增加逐渐增大并逐渐达到稳定。     

基于谱方法的层状竖井地基非线性固结计算模型

针对实际工程中很多竖井地基呈现层状,且在固结过程中渗透系数和压缩模量呈非线性变化等特性,基于对数模型(e–lgσ'和e–lgk)的非线性压缩渗透本构关系,建立了能同时考虑竖向和径向排水的非线性固结模型,并采用谱方法得到了层状竖井地基的非线性固结计算模型.通过退化研究与已有的非线性固结解析解和室内试验进行对比计算分析,结...     

粘弹性边界下层状半空间的波动响应

基于三维粘弹性人工边界,利用大型有限元软件ANSYS计算层状半空间在波动作用下的动力响应。首先,推导了相应于粘弹性人工边界的地震动输入公式,给出了地震动的输入方法;然后,计算层状半空间在垂直入射波作用下的动力响应,通过与解析解的对比,验证了粘弹性人工边界的正确性与合理性。     

基于谱元法与Microwulf系统的汶川地震波场模拟

谱元法属广义有限元法,可用于地震波场模拟与震源反演,但几乎不能在单台普通电脑上用于大尺度地震波场模拟。Microwulf是一种低成本、高效率的主从式便携型计算集群系统,能有效地利用个人电脑组建并行计算环境。基于三维弹性波动方程研究了谱元法基本算法,并利用谱元法和自搭建Microwulf系统对2008年汶川5.12地震波场进行模拟。模拟结果表明:(1)搭建的Microwulf系统能成功进行大尺度地震波场的谱元法数值模拟;(2)计算区域地形能引起地震波场畸变;(3)震中附近区域峰值地震动分布模式大体与发震断裂走向平行,并具有典型的上下盘效应,上盘的峰值地震动比下盘强烈;(4)与无地形模型相比,震中附近区域地形对地震动具有典型的放大效应,并且对于地震动的不同分量,其地形放大效应有所区别。     

饱和层状场地中任意凹陷地形对入射P波的散射

采用Biot理论的基本模型,利用间接边界元方法在频域内求解了层状饱和场地中任意凹陷地形对入射P波的散射。利用精确的土层动力刚度矩阵进行自由场反应分析,求得假想边界上各点的位移和各单元的应力响应;同样计算虚拟分布荷载的格林影响函数,求得位移和应力响应;根据边界条件确定虚拟分布荷载,最终得到问题的解答。结果可退化为干土结果并进行了对比。通过算例,研究了饱和层状场地中凹陷地形入射P波的散射,并与相应干土结果进行了对比。研究表明:入射角度、入射频率和参数b对层状饱和场地的地表位移均有重要影响,与相应干土场地结果差别显著。说明了层状模型的合理性,以及利用层状模型分析的必要性。     

横观各向同性层状场地的动力边界条件

 采用横观各向同性层状弹性体模拟场地土, 对该场地底部采用了三种不同的边界: 固定边界、阻尼边界及半空边界。推导了这三种边界条件的公式, 并且给出了它们进入离散化后的Rayleigh 波与Love 波的代数特征方程方法。然后, 计算了场地在三种边界条件下对垂直及水平简谐集中荷载的位移响应, 并与理论解进行了比较, 指出了它们的适用范围。     

西侧四川盆地对地震动影响的谱元法模拟

考虑地壳构造不均匀性和第四系构造分层建立横向构造不均匀三维四川盆地模型,本文基于并行计算技术以及谱元法模拟了汶川地震USGS有限断层作用下四川盆地模型地震动响应.通过对比不均匀地壳构造下第四系土层分层前后模型地表速度峰值(PGV)的分布,研究USGS震源模型下第四系沉积层厚度分布对地震动的影响.结果表明第四系沉积层厚度...     

半空间上水平层状场地自振频率特性研究

在传统的基于集中质量矩阵的剪切质点系法(集中质量法)基础上,发展了基于一致质量矩阵的剪切质点系法(一致质量法),利用剪切质点系法对半空间上水平层状场地自振频率特性进行了分析,主要考虑了土层剪切模量分布、土层层厚分布以及覆盖层总厚度3个因素对场地自振频率的影响,并总结了影响规律,同时考虑了计算厚度选取的问题.分析结果表明:所得结论对于建筑场地地震分析、结构抗震以及剪切质点系法的工程应用均具有一定的实际意义.     

层状半空间中洞室群对地震动的时域放大作用

采用间接边界元法和频域变换方法研究了层状半空间中洞室群对地震动的出平面时域放大作用,并以天津地区典型场地为例分析了洞室间距和入射地震动频谱对放大作用的影响。研究表明,洞室群对地震动的放大作用非常大,与自由场相比,地表加速度峰值放大32.1%,地表加速度反应谱峰值放大85.2%,洞室群对地震动的频谱也有明显影响;洞室间距越小,洞室之间的相互影响越大,对地震动的放大作用越大。研究对于地铁沿线设计地震动的估计具有参考价值。     

层状地基中隧道开挖对临近既有隧道的影响分析

首次采用弹性层状半空间地基模型,建立了多层地基中隧道开挖对临近既有隧道影响的连续弹性分析方法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中求解此类工程问题的状况。首先,采用Laplace积分变换得到了直角坐标系下单层地基应力和位移的初始函数,在此基础上,运用矩阵递推技术,给出了竖向荷载作用下层状地基中应力和位移的解析表达式并将其作为分析该问题的基本解。然后,采用弹性层状半空间地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli梁,地基土体连续位移采用弹性层状半空间体系的基本解进行计算,并引入临近隧道开挖引起的土体自由位移场影响建立该问题的连续弹性求解方程,从而可以求得隧道纵向位移和内力。最后,结合离心模型试验和有限元数值模拟算例进行分析,验证了本文方法的有效性。此外,为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,还对几种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。成果可为合理制定地下工程施工对临近既有隧道的保护措施提供一定的依据。     

层状地基中应力和位移场的边界元分析

利用层状材料的广义Kelvin基本解,建立计算三维层状地基中应力和位移的边界元方法。将广义Kelvin基本解与边界元方法相耦合,建立层状地基边值问题的边界积分方程,方程中不含有在层状材料交界面上的积分。对核函数中出现的奇异积分进行解答。算例分析表明,建议的方法可以获得较高的计算精度。     

基于有限元-解析法的层状地基中Rayleigh波高阶频散特性研究

层状地基中Rayleigh波(以下简称R波)携带有大量关于土层的重要信息,对工程建设有着重要的作用。基于有限元-解析法建立层状地基中R波在频率-波数域(f-k域)内的振动方程。根据工程中有限元的误差分析,确定了每个波长内薄层划分数目的下限值N。采用BISECTION算法快速、准确地搜索层状地基中R波特征方程的根,进而得到了各种常见地基中R波高阶模态的频散曲线,计算结果得到了解析法的支持。最后,将该方法所得到的频散曲线与数值仿真模拟和现场实测的频散曲线作了对比,结果表明:在f-k域内,有限元-解析法能有效地计算R波在层状地基中的频散曲线。     

半无限空间Maxwell体的应力和位移响应分析

利用半无限空间弹性体在法向集中力作用下的理论解,推导了Maxwell半无限空间受法向集中力作用的粘弹性理论解,通过和通用有限元解答的对比,验证了理论解答的正确性。