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。     

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。     

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.     

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。     

单排非连续刚性桩屏障对弹性波的隔离

对于人工振动产生的弹性波,如果刚性桩屏障埋置足够深,在分析其对弹性波的隔离效果时,可以简化为固定的刚性桩屏障对弹性波的多重散射问题。采用波函数展开法将入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据Graf加法定理和固定刚性桩周边土体的边界条件得到散射系数的理论解,引入了无量纲位移(屏障后土体中由入射波和散射波产生的总的位移幅值与入射波在该处单独产生的位移幅值之间的比值)和透射系数(屏障后屏障宽度范围内的无量纲位移的几何平均值)的概念,绘制了屏障后一定范围内的无量纲位移等值线,及屏障后某处的透射系数随桩净距(相邻两桩之间的空隙)的变化曲线,通过分析这些曲线得出,对于三种入射体波(SV波、P波和SH波):屏障后越靠近屏障,隔离效果越好;当桩净距接近一倍桩半径时,屏障的整体隔离效果达到最好。     

SV波入射下多重散射问题的改进算法以及双排非连续刚性屏障的隔振研究

摘 要：相比起Aviles等学者的单排非连续刚性屏障隔振理论,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开表达式来研究弹性波的多重散射问题,结合位移连续的边界条件,并引入更具一般意义上的Graf加法定理,推导了无限均匀介质中任意分布的多个刚性圆柱体对于平面SV波入射时散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于相平行的两条直线上,则问题演变成为双排刚性桩屏障对于平面SV波的隔离问题。重点讨论了两排桩之间的间距h对屏障整体隔振效果的影响及其他的一些隔振性状。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。     

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。     

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。     

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。     

非连续屏障对Rayleigh波宽频散射三维快速边界元模拟

基于单层位势理论,将快速多极子-间接边界元方法(FMM-IBEM)拓展到弹性半空间群桩对弹性波的宽频散射求解,进而研究了Rayleigh波入射下多排桩屏障体系的隔振效果。数值试验表明该方法能够大幅度降低常规IBEM计算所需的存储量和计算量。针对典型算例,讨论了单排桩净距、排桩桩长、场地波速、排桩排数及多排桩之间净距对Rayleigh波的屏障效应。结果分析表明:排桩排数是影响多排桩隔振效果的主要因素,而多排桩之间的排距对隔振效果影响较小;桩间净距和桩长是影响单排桩隔振效果的重要参数,桩距在0.1倍～0.3倍Rayleigh波波长,桩长大于1倍波长时即可取得较好的隔振效果;对于不同的场地,场地土越软,排桩隔振效果越好。对低频波隔振宜采用多排桩进行隔振。     

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。     

聚氨酯硬泡连续屏障近场隔振效果分析

传统的连续屏障在缓解环境振动方面已取得比较理想的效果,但其整体稳定性差,对低频的隔振效果不佳。基于此背景,提出了锚杆约束的聚氨酯硬泡连续屏障。通过有限元数值分析方法,对聚氨酯硬泡连续屏障和混凝土连续屏障分别在地面简谐激励和桩振源简谐激励作用下的近场隔振性能进行研究。研究表明:地面振源激励下,混凝土连续墙和聚氨酯硬泡连续屏障对中高频振动有较好的隔振效果,混凝土连续墙对低频(10 Hz)振动隔振效果不佳,聚氨酯硬泡连续屏障对5 Hz~10 Hz的低频振动有很好的隔振效果;桩振源激励下,两种屏障的隔振效果比地面振源激励时效果更好,两种屏障对中高频振动及5 Hz~10 Hz的低频振动有较好的隔振效果。     

Effect of surface/interface on the dynamic stress of two interacting cylindrical nano-inhomogeneities under compressional waves

Based on the surface/interface elasticity theory, the effect of surface/interface on the dynamic stress of two interacting cylindrical nano-inhomogeneities under compressional waves is considered. The analytical solutions of displacement potentials are expressed by employing wave function expansion method and the expanded mode coefficients are determined by satisfying the boundary conditions at the interfaces. The addition theorem for cylindrical wave function is used to accomplish the superposition of wave fields in different coordinate systems. Analyses show that the effect of the interface properties on the dynamic stress is significantly related to the wave frequency of incident waves, the shear modulus ratio of the nano-inhomogeneities to matrix, and the relative position and distance between the two nano-inhomogeneities.