浅部地下洞穴散射波对波场扰动分析

均匀介质体表面源激发的瑞利波能量在介质浅部占主导地位,当前行瑞利波遇体浅部洞穴时,质点位移形状及轨迹会发生改变,瑞利波在洞穴发生散射。散射波导致波场能量出现扰动,波场不同区域扰动特征不同。在洞穴前方,反射瑞利波与入射瑞利波相干,能量谱出现干涉条纹;在洞穴上方,透射波发生频散,相速度不同于瑞利波,在某些条件下,透射波传播特性类似于自由板中兰姆波,透射波在洞穴后边界面绕射会导致表面波场能量减小;在后方区域,受几何衰减影响,表面波场逐渐由透射瑞利波主导,其低频成份相对高频成份能量减少较多。本文基于散射波理论,分析洞穴埋深/波长比对波场扰动影响,由数值模拟计算验证理论分析,结果表明由测点距—波长域能量谱扰动对应的临界波长可预测洞穴埋深。     

爆破振动作用下边坡极限平衡分析的等效加速度计算方法

 基于波动理论,研究边坡相同质点振动速度不同爆破振动频率下质点位移、振动加速度及边坡应力状态,结果表明相同质点振动速度下,边坡峰值振动位移与频率成反比、峰值振动加速度与频率成正比,而边坡体应力峰值基本相同,质点振动加速度与边坡体应力状态没有直接的相关性,振动频率越高,位移、加速度及应力峰值沿边坡深度变化越快;综合考虑振动频率、加速度及边坡体应力状态的相互关系,基于边坡体中相同峰值振动速度产生相同的峰值应力,得到由高频爆破振动波加速度向低频振动波加速度的转换方法,提出边坡极限平衡分析法的爆破振动等效加速度计算方法,为边坡施工期爆破动力稳定分析爆破荷载确定提供理论依据。     

爆炸荷载下岩质边坡动力特性试验及数值分析研究

 采用室内混凝土边坡模型试验方法,结合动力有限元程序模拟技术手段,对爆炸冲击荷载作用下岩质边坡的动力特性进行分析研究。研究结果表明：爆破地震波在边坡坡体上的传播及衰减特性与平地不同,质点振速峰值随爆心距的衰减相对要小得多,垂直与水平质点振速峰值衰减指数分别为0.76和0.42。比较坡顶与坡面测点振速发现,坡顶的垂直与水平质点振速峰值均大于坡面质点振速峰值,表明坡顶质点振速存在放大效应。比较迎爆侧3#测点与背爆侧4#测点的质点振动峰值,垂直和水平方向振速峰值分别降低72.7%和67.6%。由此可见,采用减震沟减震措施可以大大降低爆破振动强度,并能有效改善冲击荷载作用下边坡的应力状态。另外,比较试验与计算结果得出,质点振速及回归方程指数与试验数据均在同一量级上,坡顶质点振速随高程增加而放大,可见数值计算结果能很好反映实际爆破振动规律。     

重力墙工程减振作用研究

研究了采用重力墙方法进行减振，运用有限元方法对振源-重力墙-测点模型进行了数值模拟分析，分析结果表明，测点的振动响应不仅与振源位置有关，而且墙体的重量变化对响应幅值也有一定影响，通过比较发现，墙体对减振效果的影响并不是单一性变化的。     

层状地基中表面波有效相速度

在表面波互谱分析方法中,考虑表面波高阶模态及振源对表面波传播影响对提高土层剖面参数计算精度是很重要的。为了研究高阶模态及振源对表面波有效相速度影响,基于薄层刚度矩阵方法,给出了弹性层状地基中表面波水平向及竖直向有效相速度一般解析表达式以及远场渐近表达式,并从能量的角度分析高频、低频有效相速度发展趋势。几种典型层状地基中有效相速度的计算表明:在剪切波速随深度递增的分层中,远场有效相速度随频率变化曲线趋近基阶模态频散曲线;在剪切波速随深度无规律变化分层中,高阶模态影响较大,水平向与竖直向有效相速度有较大的不同;在远场,高频有效相速度趋近表层介质瑞利波相速度。结果显示在高模态及振源影响下表面波有效相速度不仅与频率有关,而且与传播距离有关。     

不同距离条件下爆破引起的质点振动频幅分析

论文基于隧道开挖施工爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其主振频率分析,论述了不同距离条件下爆破引起的质点振动频幅特性,较为详尽地解释与探讨了爆破震动测试结果,并在分析质点振动速度峰值与距离及环境条件关系的基础上,得出较远距离条件下(220 m～325 m)的质点振动速度峰值的主振频率集中在以35Hz为中心的25～45Hz范围值的结论,同时指出近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,以及介质特性与距离是加速爆破地震波衰减的主要因素,分析结果也再次证实质点振动速度峰值及其主振频率与爆破规模和环境条件密切相关.     

深部巷道煤与瓦斯突出及冲击演化特征试验研究

为进一步揭示煤与瓦斯突出两相流冲击破坏机制,利用自主研制的真三轴煤与瓦斯突出巷道模拟试验系统,以阜新孙家湾突出煤层为研究对象,制作型煤试件,开展不同埋深(1 000,1 200,1 400,1 600,1 800,2 000 m)下深部巷道煤与瓦斯突出模拟试验,定义试验突出临界瓦斯压力状态下的相对突出强度为单位突出强度,分析临界瓦斯压力、单位突出强度与埋深之间的关系,得到临界瓦斯压力、有效应力与冲击参数(冲击力峰值、到达峰值时间、突出持续时间)之间的变化规律,基于突出冲击波阵面速度公式,反演冲击气流在模拟巷道内的传播速度。研究结果表明：(1)突出启动时,高压瓦斯裹挟煤粉剧烈喷出,不同埋深下突出煤粉均在距突出口0～6.45m区间聚集,随埋深增大,煤粉集中区质量占比增大,随突出距离增加,煤粉质量占比逐渐减小,表明突出能量随突出距离逐渐衰减,且突出后煤粉沉降具有分选特征;(2)随埋深增大,临界瓦斯压力减小,单位突出强度逐渐增大,且埋深越大,变化幅度越大,表明深部煤与瓦斯突出阈值低,易诱发和强度大的特性;(3)冲击力在巷道内演化经历了“上升→峰值→降低”过程,呈现“波峰效应”,冲击气流传播速度...     

地表移动荷载对既有地下隧洞动力影响解析研究

为获得地表移动荷载对地下隧洞的动力影响,首次给出了地表移动荷载作用下半空间隧洞动力响应解析解。地表移动荷载采用移动简谐荷载模拟,含隧洞半空间地基通过各向同性弹性介质模拟。基于弹性地基控制方程在直角坐标系和柱坐标系下基本解及平面与柱面波函数波形转换,结合地基表面和隧洞柱面施加边界条件,在频域中求得移动荷载下半空间弹性地基与隧洞解析解答,并结合快速Fourier逆变换求得隧洞时域动力响应。利用本解析模型,可计算获得地面移动荷载引起的地下隧洞振动影响,通过与已有研究对比,对本模型正确性进行验证。计算分析了不同荷载移动速度与隧洞埋深下,隧洞表面位移、加速度和地基中动应力响应。研究表明,随着荷载移动速度增加,隧道拱顶地基中动应力与振动加速度均显著增加。地基中动应力随隧道埋深增加迅速衰减,隧洞加速度随埋深衰减相对较慢,但当隧洞埋深超过某一临界深度时,隧洞振动可低于我国规范规定限值。在低速范围,隧洞临界深度随荷载速度线性增加,但当荷载速度超过一定值,隧洞临界深度随着荷载速度呈指数型增长。     

管内水流和地铁振动耦合作用下埋地供水管道的振动响应分析

为研究埋地供水管道在管内水流和地铁振动耦合作用下的振动响应规律,采用ABAQUS建立管道-管内水流和轨道-衬砌-土体-管道整体模型,使用间接耦合的方法实现两种作用耦合,模拟供水管道在距隧道中心线不同距离、不同车速、不同埋深、不同管径条件下的速度峰值和加速度峰值,得出变化规律。分析结果表明:距离隧道中心线距离越大,速度峰值越小,加速度峰值越小;车速越大,速度峰值越大,加速度峰值越大,且存在卓越车速使振动响应达到最大值;当管道与隧道正交且处于上方时,埋深越大,速度峰值越小,加速度峰值越小;管径越大,速度峰值越大,加速度峰值越大。     

重载列车通过高架桥诱发地面振动传播与衰减规律的现场测试研究

考虑到以往对重载列车运行诱发铁路高架桥周边地面振动的传播规律及对附近民房的影响研究较少,基于朔—黄重载铁路神山高架周边地面与建筑物的振动速度和加速度的现场实测与分析,借鉴萨道夫斯基公式,研究桥墩周边地面测点的振动速度幅值的传播与衰减规律,以及受轴重和车速的影响,地面和建筑物振动响应的振动规律。结果表明,梁端测线上各测点振动速度随距离衰减更快,且明显呈非线性,随列车速度变化也更为显著;基于对实测数据的分析,得到质点峰值振动速度与距激励源距离、列车速度、轴重之间的关系式;相同型号的空载车与满载车引起的振动速度幅值相差较大,而不同型号的空车之间振动差则较小;对屋顶、室内、基础测点的峰值振动速度及加速度级的分析表明,在10~20 Hz范围,屋顶竖向振动大于横向,且一些频段振级超过规范限值,对附近民房内人体舒适性有一定影响。     

Nondestructive evaluation of in-place cement mortar compressive strength using spectral analysis of surface waves

This paper presents a modified experimental SASW method for nondestructive evaluation of the cement mortar compressive strength in in-place single-layer mortar slabs with a rather finite thickness. The tests were conducted on 3′ × 3′ × 4″ (91.44 × 91.44 × 10.16 cm) cement mortar slab specimens using steel balls as the impact source to generate surface waves at various frequencies. The boundary reflection effects were removed in this study by collecting only the wave forms before the time when the reflected compressive waves reach the receivers. The correlation between the surface wave velocity and the compressive strength was obtained by conducting the SASW tests at different ages of the slab specimens. The results can be applied to the quality control of early age concrete during the construction phase.     

Investigation on the formation of roll waves in chutes

Roll waves create unstable and turbulent behaviour in channels and chutes and also change the behaviour of water entering the energy dissipater structures. In the present study, the free surface of water in the chute is simulated by numerical models. The roll waves’ occurrence is investigated in the numerical model for the discharge up to 30 m³/s, the longitudinal slope varying from 17 to 20% and the width of chute varying from 3.4 to 4.0 m. The ratios of the hydraulic depth to the chute width and also the minimum velocity to the maximum velocity are calculated along the chute length for different discharges, widths and longitudinal slopes of the chute. Results indicated that for the chutes in which the ratio of hydraulic depth to the chute width less than 0.16 the ratio of minimum to maximum velocity is less than 0.75, the formation of roll waves is inevitable.     

爆炸应力波引起地表位移的数值分析

将爆孔围岩粉碎区简化为一个圆形孔洞,将半空间表面假定一个半径为无穷大的圆弧,则爆炸应力在粉碎区表面产生向外传播的P波(压缩波),在半空间表面产生散射,而散射波在粉碎区上再次产生散射,如此多次散射,进而引起半空间表面的位移。根据粉碎区周边应力平衡和半空间表面完全自由的边界条件,求得了待定散射系数,并进一步得到了半空间表面的位移的理论解答。最后通过数值计算分析了不同爆炸应力峰值和爆炸源埋深对地表位移的影响,结果表明:(1) 在爆炸源埋深和爆孔围岩粉碎区大小等条件都相同的情况下,随着爆炸应力峰值的增大,地表振动位移明显增大,增大的数值基本上与爆炸应力峰值成线性比例;(2) 在爆炸应力峰值和爆孔围岩粉碎区大小等条件都相同的情况下,随着爆炸源埋深的增大,地表处水平位移和竖向位移明显减小,但减小的幅度由快变缓。     

基于遗传算法的多模式表面波联合反演研究

传统的表面波反演主要是利用基阶瑞雷波,当地质结构简单且基阶波具有较高的信噪比时,该方法一般能获得较好的地质解释。然而,当地层中出现速度倒转等复杂地质结构时,高模式表面波将变得极为发育,高阶波在高频段将包含更多的能量,当这种低速层出现时,仅利用基阶波反演将很容易得出错误的地质解释。为此,本文成功地将遗传算法引入到多模式表面波联合反演中来,并通过某高速公路路基典型实例演示了充分利用多模式表面波联合反演不仅可使反演过程稳定,而且还能提高横波速度的反演精度和计算结果的可靠性。     

Soil seismic analysis for 2D oblique incident waves using exact free-field responses by frequency-based finite/infinite element method

The seismic analysis of a viscoelastic half-space under two-dimensional (2D) oblique incident waves is carried out by the finite/infinite element method (FIEM). First, the frequency-domain exact solutions for the displacements and stresses of the free field are derived in general form for arbitrary incident P and SV waves. With the present formulation, no distinction needs to be made for SV waves with over-critical incident angles that make the reflected P waves disappear, while no critical angle exists for P waves. Next, the equivalent seismic forces of the earthquake (Taft Earthquake 1952) imposed on the near-field boundary are generated by combining the solutions for unit ground accelerations with the earthquake spectrum. Based on the asymmetric finite/infinite element model, the frequency-domain motion equations for seismic analysis are presented with the key parameters selected. The results obtained in frequency and time domain are verified against those of Wolf’s, Luco and de Barros’ and for inversely computed ground motions. The parametric study indicated that distinct phase difference exists between the horizontal and vertical responses for SV waves with over-critical incident angles, but not for under-critical incident angles. Other observations were also made for the numerical results inside the text.     

隆起或凹陷的非均匀介质 起伏地形中的表面波

利用曲线坐标描绘局部隆起或凹陷的典型起伏地形，讨论了在介质性质随深度变化的非均匀起伏半空间中的Ｌｏｖｅ波和Ｒａｙｌｅｉｇｈ波的传播规律。给出了决定频散关系的超越方程，并用数值方法计算出了频散曲线。     

地下任意形状洞室对SH波的散射

采用沿边界离散的数值方法,研究了任意形状洞室对平面SH波的散射问题。数值结果表明,地下洞室对附近地面运动具有显著的放大作用。     

压电陶瓷--混凝土机敏结构研究

PZT压电陶瓷片粘贴在混凝土结构表面产生沿表面传播的纵波、横波和Rayleigh波,试验表明,在发射信号频率为120kHz时,与横波和Rayleigh波相比,纵波的峰值随应力增加而减少最明显。卸载后的波形不能与加载前的波形重合,波速减小。峰峰值和波速随应力而变化是由于混凝土结构内微裂纹的张开和裂纹扩展引起的。利用纵波峰峰值与应力的关系,可望对混凝土结构承受的应力和内部裂纹扩展进行实时监测。