单排空心管桩屏障对平面SV波的隔离效果研究

参考圆柱坐标系下一排圆柱体对弹性波的多重散射,根据桩土界面处应力和位移连续的条件,得到了非连续空心管桩屏障对入射平面SV波散射系数的理论解。通过引入无量纲位移幅值,即屏障后土体的竖向位移与入射平面SV波引起的竖向位移的比值,比较了不同形式的屏障对入射平面SV波的隔离效果。讨论了桩间距、屏障的位置和管桩的剪切模量(刚度)对单排空心管桩屏障对平面SV波隔离效果的影响,为非连续屏障的隔振设计提供了理论依据。     

多排弹性空心管桩屏障对平面SV波的隔离

假定土体和管桩为各向同性的均质弹性体，将多排空心管桩构成的非连续屏障对入射平面SV波的隔离问题简化成二维平面问题，运用复变函数的保角映射方法和波场位移势函数展开法，根据管桩与周围土体介质完全联结(即应力和位移连续)以及管桩内侧自由的边界条件，得到了所研究问题的理论解。通过与有限元软件ABAQUS的模拟结果进行对比，验证了上述理论解及其计算程序的正确性，并进一步分析了管桩的壁厚、排数、数量以及入射SV波的频率等因素对隔离效果的影响，结论表明：隔离效果随着管桩壁厚的减小而提高；管桩由一排增加到两排时，最佳隔离区域向远处扩展，而由两排增加到三排时，最佳隔离区域则向两侧扩展；管桩排数不变，而数量增多时，屏障宽度范围内的隔离效果明显提高；入射频率增大时，隔离效果有所减小。这为多排桩屏障的隔振设计提供了理论依据和参考。     

多排桩非连续屏障对平面弹性波的隔离

假定桩体的长度远大于直径,将多排弹性桩组成的非连续屏障对平面弹性波(P波和S波)的隔离简化成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,根据桩体与周围土体介质完全联结(即应力和位移连续)的边界条件,得到散射和折射波场势函数展开式的待定复系数的理论解;通过分析位移比值(屏障后土体内某点由入射波和散射波产生的总位移与入射波单独产生的位移之比)的变化规律,对比单排、双排和3排桩屏障的隔离效果。研究结果表明:(1)当屏障的整体宽度和每排的桩数相同时,多排桩屏障对P波、SH波和SV波的隔离效果都随着桩排数的增多而提高;(2)当屏障整体宽度和桩总数相同时,紧密布置的单排桩对P波、SH波和SV波的隔离效果都比交错布置的双排桩更有效;(3)多排桩屏障对SH波和SV波的隔离效果比P波要好。     

弹性地基与饱和地基中连续屏障远场隔振的对比分析

运用弹性边界元法和饱和土半解析边界元法计算分析连续屏障的远场隔振效果,并对两种地基条件下的隔振情况进行对比。结果表明:空沟深度对隔振效果影响较大,而空沟宽度对隔振效果基本没影响,弹性地基中空沟的隔振效果要好于饱和地基。填充沟宽度较小时,两种地基中的填充沟隔振效果基本相同,随填充沟深度和剪切模量的增加而提高;而当填充沟宽度较大时,弹性地基中的填充沟隔振效果要远好于饱和地基的情况。     

排桩隔振试验分析

基于实体桩现场测试试验的基础上,研究了饱和土地基中非连续屏障对振动的隔离,分析了饱和土体渗透性对非连续屏障隔振效果的影响,研究表明在一定条件下,实芯桩的桩径对隔振有一定影响,随着桩径的变大,隔振效果逐渐变好,通过动态分析测试系统对测点三个方向检测,可得振动对于场地在三个方向上的影响是不一样的,对于两排组合桩与单排桩的比较,本试验组合桩的隔振效果比单排桩效果大致相差不大。     

铁路振动作用下双排桩屏障隔振性能试验研究

为研究铁路应用双排桩屏障的隔振性能,基于铁路振动产生的弹性波传播特性,通过场地试验测得激振频率10Hz下地表振动加速度幅值,以双排隔振桩屏障中归一化桩间距、归一化排间距、排桩数量以及排桩布置形式为变化参数,研究改变双排桩几何参数对其隔振效果的影响。试验结果表明：随桩间距的增大,排桩屏障的隔振效果逐渐减弱。当归一化桩间距不小于3.0时,排桩屏障逐渐失去其整体隔振作用;当归一化排间距为3.0时,排桩屏障可以获得较优的隔振效果,其有效隔振面积百分比在19.52%~68.89%;随着排桩数量的增加屏障有效隔振面积随之增大,排桩数量由8增至10时,有效隔振面积百分比增大0.87%~4.74%,可以使更大区域范围达到隔振要求;当屏障整体桩数相同时,采取菱形布置形式的隔振屏障比矩形的隔振效果好,菱形布置较矩形布置有效隔振面积百分比增加1.20%~5.01%。     

橡胶气囊在地基强夯加固中的隔振效果及 隔振参数优化

通过强夯室内模型试验研究橡胶气囊的隔振效果并对其隔振参数进行优化; 采用单因素分析方法,依次开展不同隔振宽度、隔振距离、隔振长度、隔振深度的橡胶气囊室内模型试验; 通过检测隔振板两侧质点振动最大加速度分析橡胶气囊隔振板的隔振效率,研究不同隔振参数对橡胶气囊隔振效率的影响规律。结果表明:1 500 kN·m夯击能下橡胶气囊具有良好的隔振效果; 隔振宽度对橡胶气囊的隔振效果基本没有影响; 当振源与两传感器测点的距离相同时,隔振距离对橡胶气囊的隔振效果也基本没有影响; 隔振长度在12 m范围内和隔振深度在6 m范围内对橡胶气囊的隔振效果影响较大,且二者超出各自范围后隔振效果增加不显著; 隔振深度对橡胶气囊隔振效率的影响程度要高于隔振长度对橡胶气囊隔振效率的影响程度; 1 500 kN·m夯击能下橡胶气囊隔振的最佳隔振参数为隔振长度12 m,隔振深度6 m,隔振宽度和隔振距离根据现场条件确定; 通过强夯现场试验验证了1 500 kN·m夯击能下橡胶气囊的隔振效果优于碎石填充沟的隔振效果,且橡胶气囊的隔振效率约为空沟隔振效率的95%左右; 相关成果可为地基强夯加固振动控制技术的应用提供参考。     

空沟对层状饱和地基中列车移动荷载的隔振性能研究

基于Biot流体饱和多孔介质理论,建立含空沟层状饱和地基–轨道耦合动力系统,研究了空沟对移动列车荷载引起层状饱和地基振动的隔振问题。方法首先将系统分解为含空沟层状饱和地基和轨道两个子结构,然后采用2.5维间接边界元方法(IBEM)求解含空沟层状饱和地基在移动均布竖向线荷载作用下的动力响应,同时求解轨道在移动列车荷载和均布竖向线荷载共同作用下的动力响应,最后通过令轨道竖向位移与层状饱和地基表面轨道中心处竖向位移相等实现两者的耦合。文中通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均质饱和地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算分析,研究了饱和地基参数和隔振沟参数对隔振效果的影响。数值结果表明,层状饱和地基中空沟的隔振效果优于均质饱和地基中空沟的隔振效果;且饱和地基中空沟的隔振效果优于相应单相弹性地基中空沟的隔振效果;另外,空沟深度、饱和土孔隙率和基岩与饱和土层刚度比等也对空沟的隔振效果有着重要影响。     

多排桩屏障远场被动隔振分析

视桩为弹性半空间中的异质体，以瑞利波散射的积分方程为基础，首次对多排桩屏障的远场被动隔振效果进行了三维分析。详细讨论了影响隔振效果的几个主要参数，指出非连续排桩屏障隔振起到的是整体屏蔽作用。研究表明，影响多排桩屏障体系隔振效果的厚度主要取决于桩的排数，与桩的截面尺寸关系不大；密布小截面多排桩隔振效果与空沟和填充沟相当；桩的排距对隔振效果影响小；每一排桩的桩间净距是影响隔振效果的重要参量，为了获得满意的隔振效果，应控制相邻桩的桩间距足够小。最后，通过工程实例验证了多排桩的隔振效果。     

移动荷载作用下的减振隔振研究——以武汉市轻轨高架桥系统为例

本文在现有的移动荷栽作用下隔振屏障设计理论基础上,结合武汉市轻轨高架桥系统引起周边振动的实际情况建立土体的ANSYS模型,采用有限元法对各种屏障隔振（主要是空沟和填沟屏障）进行了计算分析,获得了移动荷载作用下屏障隔振前后的各种信息,包括地面各点的竖向振动位移、速度、加速度和应力等,文中选取加速度进行分析从而验证了当移动荷载引起的环境振动超标或某些重要建筑需要保护时可以采用本文所提出的隔振方法。     

排桩隔振的理论与应用

本文首次提出了地面连续和非连续屏障隔振的概念。指出非连续排桩屏障的散射效应决定隔振效果；而屏障的衍射效应决定其影响范围；同时对柔性屏障应避免其与人射波的“吻合效应”。通过理论与试验分析．证明圆形截面排极有较好的隔振效果。在工程上，突破了Woods等提出的桩径必须大于被屏蔽的波长的1／6结论（对于主要的地面波，桩径约需3～5m，这意味着在工程中无法实现），其屏蔽效果的主要影响因素是地基土的波长、屏障的深度和长度等。根据波的衍射理论和实测研究，在近场（主动隔振）屏障和远扬（被动隔振）屏障的设计深度方面，得出了与已有理论不同的结论。对屏障的面积率与波依的关系亦提出了定量计算公式，并应用于地面隔振工程设计。     

基于快速多极边界元法的局部场地对地震波高频散射二维模拟

结合快速多极子展开技术与间接边界元法,发展一种新的高频地震波散射(二维平面内)快速模拟方法。精度和效率检验表明该方法具有很高的计算精度、求解效率及良好的数值稳定性,同时可大幅度降低计算存储量。进而以半空间峡谷与凸起地形对平面SV波的高频散射为例,讨论了峡谷及凸起周围地震波宽频散射基本特征,给出了千米尺度局部场地、0~25 Hz频带宽度的散射模拟结果。分析表明:高频SV波垂直入射下,峡谷角部水平和竖向位移均表现出明显的放大效应,而峡谷底部的散射效应较弱;半圆凸起顶部附近水平位移谱峰值高达5.0,山脚处位移反应则受到明显的抑制作用;斜入射情况,峡谷地形迎波面一侧位移幅值较大,而凸起地形则是背波面一侧放大显著。数值结果可为复杂局部场地中大型工程抗震设计提供部分理论依据。     

斜入射平面SH波在层状饱和半空间中沉积谷地 周围的三维散射

为研究层状饱和场地中沉积谷地对斜入射地震波的三维散射问题,建立了求解问题的2.5维间接边界元方法。通过沿沉积谷地轴线方向的傅里叶变换将三维问题降为二维问题,进而在沉积谷地的截面内进行边界单元的离散和求解,求得沉积谷地截面内的动力响应,然后再将截面内计算结果沿沉积谷地轴线方向进行波数展开即可求得任意位置动力响应。通过与弹性情况的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间和基岩上单一饱和土层中沉积谷地对斜入射平面SH波的三维散射为例进行了数值计算和分析。研究发现沉积谷地对SH波的三维散射与二维散射之间存在显著差异;饱和情况(透水或不透水)与干土情况沉积谷地附近地表位移的差别很大;另外层状饱和半空间中沉积谷地和均匀饱和半空间中沉积谷地对斜入射SH波的放大作用也存在显著差别。     

圆弧形沉积谷地对平面SV波三维散射解析解

采用大圆弧面来模拟半空间表面,利用波函数展开法和有限项Fourier展开技术,在频域内给出了圆弧形沉积谷地对平面SV波三维散射的一个解析解。并以此解答为基础,进一步分析了入射波频率和入射角度对圆弧形沉积谷地场地反应的影响。研究表明,圆弧形沉积谷地对平面波的三维散射比二维散射更加复杂;将三维散射问题分解为两个主平面入射的简化处理存在较大的误差;入射波的频率和入射角度对圆弧形沉积谷地场地反应均有重要影响。