半空间饱和土中输水管道对瑞利波的散射

根据Biot波动理论和弹性波传播理论,采用复变函数理论,研究了饱和半空间中输水管道对入射瑞利波作用的散射问题,得出了饱和土中输水管道在不同条件下管道周边的动应力集中系数分布和变化情况。研究结果表明:管道埋深对其散射效应影响明显,随着管道埋深的增加,输水管道周边动应力集中系数显著减小,其影响深度大约为1.5倍瑞利波波长;随着入射瑞利波频率增加,输水管道周边动应力集中系数最大值逐渐减小,同时,输水管道周边动应力集中系数与无水管道周边动应力集中系数存在一定差异,并且这种差异随着入射瑞利波频率增加而变得明显;输水管道的刚度和厚度对入射瑞利波的散射有一定影响,增加管道的厚度、减小管道的刚度有利于减少管道周边的动应力集中系数。     

饱和土中多孔洞对SH波的散射与动应力集中分析

根据Biot波动理论,采用复变函数法和多极坐标法下饱和土中多个非圆形孔洞的应力、位移边界条件下的基本解,求解SH波在饱和土中孔洞周围的散射和动应力集中的数值解,建立了一种求解饱和土孔洞对稳态SH波散射的理论方法.算例结果表明:随波数的增加,动应力集中系数和孔压集中系数都减小.波数在低频范围内,动应力集中系数随孔间距的增加而减小,而孔压集中系数随孔间距的增加而增加.另外,动应力集中系数和孔压集中系数随椭圆度的增加而减小.     

含裂纹的直角域中凸起与衬砌的动态性能分析

为了研究直角域中裂纹附近缺陷对SH波的散射,采用复变函数法、镜像法和裂纹切割法研究直角域中裂纹附近凸起和衬砌的动应力集中问题,给出了圆形衬砌周边的动应力集中系数与裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式,并给出了它们随入射波频率、材料的物理常数和结构几何参数变化的计算结果图。结果表明:入射频率、裂纹长度对动应力集中系数影响显著,高频入射时动应力集中系数最大值比低频入射时提高20%,增加衬砌厚度并不一定能使动应力集中系数减小,入射频率对地表位移影响较大。对含缺陷的直角域进行动力学分析非常必要。     

半封闭圆柱形衬砌结构振动响应的解析解

假定衬砌和土骨架都为Kelvin-Voigt黏弹性体,在频率域内采用解析方法研究了轴对称荷载和流体压力作用下圆柱形半封闭衬砌结构稳态振动问题.利用Biot理论和平面黏弹性理论分别模拟饱和土体和衬砌结构,通过引入位移势函数,得到了隧洞边界部分透水条件下饱和黏弹性土和衬砌结构动力相互作用的解析解.利用衬砌结构内边界及土体与衬砌结构界面处的连续性条件,确定衬砌和土体位移、应力和孔压表达式的待定系数.在此基础上,分析了渗透系数、流体压缩性系数及衬砌的黏性阻尼系数对饱和土和衬砌结构动力响应的影响,并与已有的解析结果进行了对比.     

SH波对界面附近脱胶圆夹杂的散射

采用Green函数法、复变函数法研究了SH波对界面附近含有半圆形脱胶的圆柱形弹性夹杂的散射,并给出了动应力集中系数的数值结果.首先,沿界面将整个空间分成上下2个部分.在上半空间,给出了在含有半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的弹性半空间中水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数.其次,取该位移函数作为Green函数,在上下空间"契合"时在界面处满足连续性条件,同时构造出半圆形脱胶,进而求出应力和位移的表达式.最后作为算例,给出了弹性夹杂周边以及脱胶结构周边的动应力集中系数的数值结果,分析了圆柱形夹杂和不同介质参数对动应力集中的影响情况.结果表明,脱胶结构对界面附近的动应力集中系数有放大作用.     

横观各向同性土——半封闭隧道衬砌相互作用分析

土体在沉积过程中存在各向异性,将土体视为各向异性体更为合理。考虑土体和衬砌的相互作用,基于饱和多孔介质理论和弹性理论,在频率域内研究了简谐荷载作用下横观各向同性土———半封闭圆形隧道衬砌简谐耦合振动。通过衬砌内边界应力连续以及土体和衬砌界面处应力和位移协调,得到了饱和横观各向同性土和衬砌的位移、应力和孔压解析表达式。利用衬砌中流体速度和土体中流体速度相等,建立了隧道部分透水边界条件,得到了待定系数的具体表达式。数值算例分析了土体和衬砌物性和几何参数的影响,表明:横观各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较大,而垂直于各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较小。另外,相对渗透系数和衬砌厚度对响应幅值有很大影响,而衬砌泊松比对响应幅值影响较小。     

SH波作用下弧形裂纹对圆形衬砌动应力集中系数的影响

对SH波入射情况下弧形裂纹对圆形衬砌结构的影响情况进行了研究.在含有圆形衬砌弹性空间中,取时间谐和的出平面线源载荷作用时的位移函数基本解作为Green函数,首先考虑仅含衬砌结构的情况,求出应力,然后利用裂纹的"人工切割",在裂纹实际存在区域加置与所求应力大小相等、方向相反的应力,从而构造出裂纹.在此基础上给出圆形衬砌与裂纹同时存在情况下的位移、应力表达式,进而对衬砌动应力集中问题进行求解.利用算例讨论裂纹对衬砌结构的动应力集中系数的影响,裂纹的存在改变了系数分布情况,影响不可忽略.     

SH波作用下地表覆盖层对浅埋圆孔散射与动应力集中的影响

利用复变函数法和波函数展开法给出了具有地表覆盖层的弹性半空间内圆形孔洞在稳态SH波作用下动应力集中问题的解.根据SH波散射的衰减特性,该问题采用大圆弧假定法求解,利用半径很大的圆来拟合地表覆盖层的直边界,将具有地表覆盖层的半空间直边界问题转化为曲面边界问题.借助Helmholtz定理预先写出问题波函数的一般形式解,再利用边界条件并借助复数Fourier-Hankel级数展开把问题化为求解波函数中未知系数的无穷线性代数方程组,截断该无穷代数方程组可求得该问题的数值结果.最后,通过算例讨论了地表覆盖层对浅埋圆孔动应力集中的影响.结果表明,半空间地表覆盖层的存在,即使厚度很薄,对入射SH波的散射也具有很大影响,覆盖层刚度和厚度的变化可显著改变浅埋圆孔周边动应力集的分布.     

瑞利波作用下半空间饱和土中位移应力分布特性研究

研究了瑞利波作用下半空间饱和土位移和应力的分布特征,对于建筑结构抗震设计具有重要的意义.基于饱和多孔介质理论,将土体视为液固饱和两相介质,利用Helmholtz分解,建立求解了瑞利波作用下饱和土的弥散方程,得到了半空间饱和土的位移和应力.分析了渗透系数和阻尼系数对瑞利波作用下半空间饱和土中位移和应力分布特征的影响.     

具有刚性覆盖层的界面圆环形衬砌对SH波的散射

采用Green函数方法研究界面圆环形衬砌对SH波的散射问题，取含有半圆环形衬砌的弹性半空间在其水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面源荷载作用时位移场的解答为Green函数，并采用契合方法推导出求解该问题的定解积分方程组，衬砌边界面点对应的附加外力系的值反映了该点的动应力集中程度，采用直接离散的方法将定积分方程组转化为线性代数方程组计算求解，给出了具有刚性覆盖层地各种介质参数对界面环形衬砌周边动应力集中系数的影响。