饱和土隧道内集中荷载作用下振动位移反应的Green函数解答

饱和土隧道在集中荷载作用下的隧道底面振动位移反应关系着饱和土的液化、震陷。根据饱和土中方形隧道的断面特征,采用两相饱和介质边界元法Green函数以及推导出的Lamb积分方程,计算出机车的集中振动引起的隧道底面振动反应表达式。结合具体算例,数值计算后表明结果可信。     

饱和土中伴有排水问题的爆炸场动力反应Green函数计算

饱和土在动力作用下伴有排水的反应是工程中常见的现象,饱和土在动力作用下伴有排水的反应计算是一个非常复杂的数学力学问题。本文根据已经求得的集中力作用下两相饱和介质Green函数基本解,得到球坐标的扩张源固相位移时域Green函数的表达式。再以物理的方法推导出球坐标中心扩张源时域流相的压力Green函数;以及相对应的注入流相后,场点的时域固相位移Green函数和流相压力Green函数的表达式。再结合导出的两相饱和介质Lamb方程,进行动力排水问题的计算,解决饱和土爆炸场中伴有排水问题的动力反应计算。     

饱和土中伴有排水问题的爆炸场动力反应Green函数计算

饱和土在动力作用下伴有排水的反应是工程中常见的现象,其计算也是一个非常复杂的数学力学问题。根据已经求得的集中力作用下两相饱和介质Green函数基本解,得到球坐标的扩张源固相位移时域Green函数的表达式。再以物理的方法推导出球坐标中心扩张源时域流相的压力Green函数;以及相对应的注入流相后,场点的时域固相位移Green函数和流相压力Green函数的表达式。再结合导出的两相饱和介质Lamb方程,进行动力排水问题的计算,解决饱和土爆炸场中伴有排水的动力反应计算问题。     

上覆非饱和层的饱和地基稳态响应分析

基于多孔弹性饱和介质及多孔弹性非饱和介质的动力控制方程,研究了上覆非饱和层的饱和半空间成层地基在竖向谐振荷载作用下的稳态响应问题。通过引入位移函数,并利用Cauchy-Reimann条件,分别求得了Fourier变换域内饱和土与非饱和土的位移、应力和孔压的一般解;结合不同的边界条件和连续条件,经过Fourier逆变换,得到竖向简谐荷载作用下成层土的稳态响应积分表达式;当将上覆非饱和层饱和半空间分别退化为均质饱和弹性半空间及上覆弹性层饱和半空间时,结果与已有结果均吻合得较好。通过数值算例分析,着重研究了上覆非饱和土层的饱和度、厚度以及地表透气透水条件对动力响应的影响。     

饱和多孔介质的二维Green函数及地震反应的BEM计算

按照De Hoop的方法,通过三维解答的积分得到集中力作用下饱和多孔介质U-P形式的二维Green函数,利用耦合纵波的解耦及分波类型的奇异点处理,完成了集中力作用下半空间多孔介质动力响应的BEM计算,通过Duhamel公式积分分别给出了在输入EI Centro和2008年汶川地震加速度记录后的饱和土隧道的地震响应计算。研究结果表明:隧道的地震放大作用明显;EI Centro或汶川2008地震记录作用下,隧道底部的响应均要大于中间和顶部的响应。     

基于分层法的土动力分析

研究了成层土的动力响应计算方法,推导了有关公式,并给出了移动荷载作用下的时程曲线.这一方法同样可用于分析冲击荷载所引起的场地土效应.     

饱和横观各向同性分数导数黏弹性土中半封闭衬砌振动响应

在频率域内研究了饱和横观各向同性分数导数黏弹性土体中深埋圆形隧道半封闭衬砌振动响应问题。根据土体在长期沉积过程中存在各向异性的特点,将土骨架视为具有分数导数本构关系的横观各向同性黏弹性体,采用饱和多孔介质理论和弹性理论,利用衬砌内边界应力协调以及土体和衬砌界面处应力和位移连续,得到了简谐荷载作用下饱和横观各向同性黏弹性土和弹性衬砌的位移、应力和孔隙水压力解析表达式。考察了饱和经典弹性土、饱和分数导数性黏弹性土和饱和经典黏弹性土三种条件下饱和黏弹性土和衬砌各参数的影响,表明：横观各向同性面的弹性模量和衬砌厚度对系统动力响应的影响与分数导数阶数和土骨架的黏性有关;渗透系数较小时,系统存在明显的共振现象。另外,在三种条件下半封闭衬砌振动响应存在较大差异。     

饱和地基上含刚核弹性圆板的摇摆振动分析

基于饱和土弹性波动方程,研究了饱和地基上含刚核弹性圆板在摇摆谐和力矩作用下的振动特性。首先应用Hankel积分变换求解该饱和土波动方程,然后按混合边值条件建立起一组描述含刚核弹性圆板振动的对偶积分方程,并将其化为第二类Fredholm积分方程进行数值求解。此外,给出了含刚核弹性圆板在饱和地基上振动的阻抗函数随无量纲频率的变化曲线,并考察了土的渗透系数、弹性板含刚域的大小以及板的柔度等参数对阻抗函数的影响,得出了一些有意义的结论。     

分数导数黏弹性准饱和土中球空腔振动特性

在频率域内用解析方法研究分析了简谐轴对称荷载和流体压力作用下分数导数黏弹性准饱和中球空腔的稳态响应问题。将土骨架等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于Biot两相饱和介质模型,通过势函数推导求得了边界部分透水时分数导数粘弹性准饱和土中球空腔的位移、应力和孔压等的解析解。根据界面连续性条件,确定了待定系数的表达式。在此基础上,考察了准饱和土各参数对动力响应的影响,结果表明：轴对称荷载和流体压力两种情况时,相对渗透系数对动力响应的影响有较大的差异。分数导数本构模型更合理地描述了准饱和土中球空腔的振动特性。     

基于有限振动信号的某移动天线有限元风荷载动力反应分析

提出了一种现场实测的有限振动信号与结构有限元模型模拟分析相结合的方法来获得结构（天线）在实际风荷载作用下的动力反应,即首先测试结构在脉动风荷载作用下的有限振动信号,如：加速度时程和频谱曲线,然后通过结构运动方程模拟出脉动风荷载时程并施加到结构有限元模型中,通过有限元计算求出模拟风荷载与实际风荷载之间的修正系数k,最后把修正后的风荷载时程再次施加到有限元模型中进而得出结构在实际脉动风荷载作用下的内力。通过比较,有限元分析结果与试验结果吻合较好,为结构在脉动风荷载作用下的全过程反应分析提供了一种简便方法。     

下卧基岩饱和地基在移动荷载作用下的动力响应

基于Biot多孔弹性介质波动理论,在平面应变条件下研究了下卧基岩饱和地基在移动线荷载作用下的动力响应。通过引入势函数并利用Helmholtz原理,再经过Fourier变换和逆变换,获得了移动线荷载作用下饱和地基的位移、应力、孔隙水压力解答。最后通过快速逆傅里叶变化（IFFT）得到数值计算结果,详细分析了土颗粒的压缩性、孔隙水的压缩性、饱和土的剪切模量、孔隙率、渗透性、移动荷载速度和饱和土层厚度等参数对动力响应的影响     

饱和分数导数型粘弹性土层竖向振动放大效应

将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的粘弹性体,采用Biot动力固结方程,在频率域内研究了饱和分数导数粘弹性土层的土骨架粘性、土层厚度等对竖向振动放大系数的影响。通过动力控制方程解耦和边界条件束缚,给出了经典弹性饱和土、分数导数型粘弹性饱和土和经典粘弹性饱和土三种情况下饱和土层的位移、应力和孔压解析表达式。考察了饱和土各物理和几何参数对竖向振动放大系数的影响,结果表明:在不同土层厚度时,经典弹性饱和土、分数导数型粘弹性饱和土及经典粘弹性饱和土的竖向振动放大系数各不相同;分数导数模型的材料参数对振动放大系数有较大影响。     

基于随机等价线性化法的悬浮隧道锚索随机振动研究

为了得到悬浮隧道锚索在随机环境激励作用下的响应,建立了悬浮隧道锚索非线性随机振动方程,并在方程中考虑了锚索的垂度效应,随后采用随机等价线性化法对随机激励作用下锚索的振动响应进行了分析。研究结果表明:在零均值高斯白噪声环境激励作用下,锚索的跨中位移和速度均方根响应经过一定时间后将趋于定值,位移和速度的互相关函数趋于零;锚索的阻尼比越大,锚索跨中横向位移均方根响应越小;激励的功率谱密度强度越大,锚索跨中横向位移均方根响应越大;由于水体阻尼力的存在,悬浮隧道锚索的位移和速度均方根响应比空气中锚索的响应大幅减小。     

悬浮隧道锚索-隧道耦合非线性参数振动研究

考虑锚索的垂度效应和水体对锚索的作用,建立了悬浮隧道锚索-隧道体耦合非线性参数振动数学模型,并用龙格-库塔积分法对其进行了数值求解。研究结果表明,隧道体的初始扰动严重影响锚索的位移响应;水体对锚索的阻尼力和附加惯性力均可减小锚索的位移响应;增大锚索或遂道体的阻尼可以显著减小锚索的振幅,通过在锚索或隧道体上设置阻尼器以消除锚索的大幅振动的方法可行。     

粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析

基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。     

埋置点源简谐荷载作用下Gibson土体动力Green函数

采用Hankel积分变换方法,研究了Gibson地基在内源简谐荷载作用下的动力响应问题;通过构造积分围道技术,利用对围道上奇点的特殊处理,以消除驻波相来满足实际波的辐射条件,得到了Gibson地基埋置点源简谐荷载的动力Green函数。通过具体算例,分析了地基土体非均质性、荷载埋置深度和激振频率等因素对地基土体表面竖向位移的影响。结果显示:(1)荷载埋置深度和荷载激振频率对地基表面位移幅值大小和波动性都影响较大;(2)低频荷载作用下,地基土体的非均质性对其表面位移有较大影响。     

隧道爆破振动信号的混沌特征分析

基于混沌理论,将邻近隧道爆破、上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数等核心参量计算,分析隧道爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,邻近隧道爆破作用下既有隧道振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数均大于0,可判定其具有混沌特征;上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应信号的Lyapunov指数也均大于0,表明其也具有混沌特征。研究表明,隧道爆破振动信号具有混沌特征,随着钻爆作业面与既有隧道爆心距减小,λ值变大,隧道爆破振动响应的混沌特征增强,应更加强钻爆参数的合理优化和爆破振动实时监测,确保施工质量和爆破安全。