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。     

二维层状地基空沟主动隔振分析

采用薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法 ,该方法可以有效的分析多层场地的动力问题 ,是解决土 -结构动力相互作用问题的一种有效工具。同时对粘弹性层状地基二维空沟主动隔振进行了详细的分析 ,提出了对于二维粘弹性层状地基屏障隔振效果的评价应综合考虑振幅衰减系数的设计标准和振幅幅值的设计标准 ,有助于空沟主动隔振的工程应用。     

二维层状地基空沟主动隔振分析

采用薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法，该方法可以有效的分析多层场地的动力问题，是解决土一结构动力相互作用问题的一种有效工具。同时对粘弹性层状地基二维空沟主动隔振进行了详细的分析，提出了对于二维粘弹性层状地基屏障隔振效果的评价应综合考虑振幅衰减系数的设计标准和振幅幅值的设计标准，有助于空沟主动隔振的工程应用。     

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。     

三维层状地基排桩远场被动隔振分析

 屏障隔振是治理振动污染一种极为有效的手段,被广泛应用到工程实际中,但目前关于屏障隔振的研究主要基于弹性均质半空间条件,而对更符合实际的层状地基屏障隔振问题则鲜有报道,尤其是层状地基中复杂的三维非连续屏障隔振问题。将三维直角坐标下的二次形函数薄层法基本解答代入弹性动力边界积分方程,得到薄层法半解析边界元法,分析不同桩长和不同桩土剪切模量比对排桩隔振效果的影响。结果表明：(1) 上软下硬层状地基中的排桩被动隔振,排桩的有效深度为2.5左右,远大于排桩在均质地基中的有效深度1.0;(2) 对于上硬下软层状地基,排桩的有效深度为2.0左右,小于上软下硬地基中排桩的有效深度;(3) 当桩与表层土剪切模量比5≤G*≤30时,随G*的增加,排桩隔振效果增加明显。     

填充沟对地铁运营引起地基振动隔振效果研究

为分析填充沟对地铁运营引起的地基振动隔振效果,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–地基–填充沟2.5维有限元分析模型。列车荷载模拟为一组符合列车轴载空间分布的常荷载,钢轨和浮置板简化为无限长Euler梁,衬砌与地基模拟为均质弹性体。理论模型通过钢轨与衬砌仰拱处、以及衬砌与地基处应力和位移连续条件进行耦合。混凝土填充沟模拟为地基中异质体,填充沟与地基交界面通过共用节点法处理,并在波数域中进行求解,最后通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的地基动力响应。计算分析了填充沟在不同列车速度、填充沟沟深、沟宽与隧道埋深等情况下的隔振效果。研究表明,填充沟隔振效果随沟深增加而显著改善,但隔振效果改善速率在填充沟超过一定深度后变缓;随着填充沟距地铁距离增加,沟前隔振效果减弱,而沟后隔振效果改善。随着列车速度增加,填充沟隔振效果变好。     

水平激振下波阻板主动隔振试验与数值计算

通过现场试验对水平激振下层状地基中混凝土波阻板的实际隔振效果及波阻板埋深对隔振效果的影响进行了研究,并将实测位移振幅随距离变化曲线与以薄层法格林函数作为基本解的半解析边界元计算结果进行了比较。研究结果表明,水平激振情况下,具有合理埋深的混凝土波阻板可以有效减少振动输出,获得理想的隔振效果;减小波阻板埋深是提高隔振效果的一项有效措施;半解析边界元法的计算结果与实测结果较为一致,证明了该数值方法的可靠性。     

层状地基中填充沟对不平顺列车动荷载的隔振效果研究

 建立列车–轨道–地基相互作用模型,将轨道简化为铺设在地基上的欧拉梁,推导轨道不平顺条件下列车荷载的半解析隐式表达式。将填充沟视为地基中的异质体,推导内含异质体弹性半空间的2.5维有限元法表达式。分析列车在低速和高速运行条件下填充沟对不平顺列车动荷载作用下地基振动的隔振效果,分析参数包括沟宽、沟深、沟距及填充料。研究结果表明：列车高速运行时,填充沟的隔振效果较好;增加沟深及沟宽均可增加填充沟的隔振效果;沟前地表出现一定范围的振动增强区,沟深越深,沟宽越宽,振动增强越明显;非刚性材料由于具有较大的材料阻尼作用,在沟前及沟后都有较好的隔振效果。相关成果可为列车产生环境振动的理论分析和工程应用提供参考。     

移动荷载作用下隔振沟隔振性能数值模拟分析

基于动力学方程及波动理论,采用有限元软件ANSYS建立移动荷载-层状地基土的有限元模型,对移动荷载作用下隔振沟的隔振性能进行数值模拟分析。为了避免人工截断地基土边界造成波的反射对模拟结果的影响,在模型周围施加粘弹性人工边界条件。本文主要考虑隔振沟的深度和位置对其隔振性能的影响。分析总结振动的响应规律,为隔振沟隔振提供参考依据。     

成层土体与结构组合体系的动力数值模型

本文运用边界积分方程--边界单元法,分析并计算了具有成层土体与结构组合体系的动力耦合效应问题。提出了用边界积分求值的动力数值模型。它可以对不同土体情况(半无限单一土体、成层的和夹有淤泥层土体)和结构组合体系的动力响应进行数值求解。文中对具有成层土体的和含有淤泥夹层土体的结构动力响应以及填充不同填料的隔振沟的隔振效应等算例进行了计算和分折。结果很令人满意,其中某些结论具有一定实用价值。     

三维层状地基竖向激振波阻板主动隔振分析

为了研究三维层状地基中波阻板的隔振效果,基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性、边界单元法处理无限域问题的精确性,结合两种方法的优点,提出三维层状地基薄层法基本解答,利用薄层法格林函数建立半解析边界单元法,分别对上软下硬和上硬下软两种三维层状半空间地基中波阻板的隔振效果进行分析。研究表明:增加波阻板的厚度、提高波阻板的弹性模量可以显著提高隔振效果,分层土体厚度和土性参数对于径向和竖向的位移振幅衰减系数有较大影响。     

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。     

Investigation of ground vibrations induced by moving loads

The objective of this work indicates and discusses two mathematical models and numerical techniques for solving problems associated with wave propagation in the track and subsoil due to the passage of a train. The Thin Layer Method/Flexible Volume Method (TLM/FVM) and the Boundary Element Method (BEM) are used to analyse the three-dimensional dynamic response of the free field near railway lines induced by the moving loads acting on the surface of a homogeneous or layered half-space. Both simulation models employ the substructuring approach in the frequency domain. The validity of the methods are demonstrated by comparison with results of analytical solution. An extensive numerical investigation has been carried out to show the influence of different parameters on the effectiveness of vibration reduction through open trench barriers.     

隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析

采用两阶段分析方法,提出了隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响的解析计算方法。第一阶段采用Loganathan解析解估算隧道开挖引起的土体自由位移场,第二阶段首先基于Winkler地基模型,将自由土体位移施加于桩体并建立单桩位移控制方程,然后应用剪切位移法,考虑被动群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,最后得到隧道开挖对被动群桩的影响。并与有限元法以及边界元法分析结果进行了对比,得到了较好的一致性。     

不平衡堆载作用下邻近结构桩的侧向受力机制

为了分析结构桩在邻近堆载作用下的受力特性,以条状梯形分布堆载为代表,基于布西奈斯克弹性理论解得出堆载作用下地基附加侧压力表达式,并据此通过对局部塑性变形理论模型的改进,推导得出桩前土体侧移作用下桩身实际附加荷载,同时考虑土体可能发生绕桩流动的极限状态,结合绕桩极限模型给出桩身被动荷载的合理确定方法;在此基础上,考虑地基土体塑性屈服和桩顶结构荷载的影响,基于三参数Winkler弹性地基梁模型,建立桩身自由段、被动受荷段和主动作用段的微分方程,并通过桩身离散与矩阵传递法给出结构桩被动受力特性的半解析解。实测结果、文献理论解与该解答的对比分析,验证了本文计算方法的可靠性。     

BEM analysis of elastic foundation beams on multilayered isotropic soils

This paper presents a boundary element method to analyze the elastic foundation finite beams on 2D plane-strain and 3D multilayered isotropic soils. Starting with the basic equations of elasticity and based on the Fourier transform, the transfer matrix of a single soil layer is derived. According to the boundary conditions and continuity conditions between two adjacent soil layers, the solution of multilayered elastic soils is obtained to be a kernel function of BEM analysis. The elastic foundation beam is modeled as a Bernoulli–Euler beam using the finite difference method. With the displacement and stress condition of coordination between beam and soil, the solution is acquired for beams resting on multilayered soils. Comparing the solution with the published data shows that the solution is in good agreement, and some numerical examples show that the beam behavior is affected vitally by soil–beam stiffness ratio and the stratification of soils.