粘弹性饱和土中球空腔的动力响应

采用工程上通用的饱和土力学模型,考虑土骨架的粘性以及流体与固体之间的耦合作用,利用Laplace变换求解了粘弹性饱和土中球空腔的动力响应问题,得到了变换域内的解析解.借助数值Laplace反变换,数值分析了粘弹性饱和土中球空腔动力响应的位移、应力及孔压的变化规律.为分析地下结构动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值.     

饱和土动力反应分析及其在桩基振动阻抗计算中的应用

本文从饱和多孔介质波动问题的Biot理论出发，利用Zienkiewicz给出的u-p和u-w形式的微分方程，对饱和土体动力特性和饱和土中桩的动力阻抗求解方法进行了较深入的研究，主要完成了以下工作：（1）分别按u-w和u-p方程求解了饱和土体一维压缩和剪切简谐响应解析解，推导过程较为简捷，且适用于多种不同边界条件。（2）利用上述的一维压缩简谐响应解析解，探讨了饱和多孔介质中两类压缩波的独立作用，克服了以往研究中的数学不严密性，研究表明，饱和多孔介质中所存在的第二类压缩波有较大的衰减性和有限的作用范围，渗透性系数和外荷载频率对两类压缩波的作用有很大影响，同时，还研究了以前被忽略的不同边界条件对两类压缩波的独立作用的影响，对饱和土动力特性的认识更加全面。（3）利用u-w方程一维简谐响应解析解，研究了饱和多孔介质中波的传播特性－荷载频率、渗透性、孔隙度对波速以及波衰减的影响，研究表明三种波波速都随渗透系数和频率的增大而增大，但第一类压缩波和剪切波波速与频率和渗透系数的相关性远小于第二类压缩波，通过对比u-w和u-p方程的结果，首次定量说明了u-p方程适用于包含地震工程在内的大多数工程问题。（4）构建了完整的u-p有限元方程及其求解方法，并编制了国内外文献中未见报道的饱和土三维动力有限元程序，程序中包含了对人工边界的处理和无条件稳定的交叉叠代法，并提出了一种用时域有限元程序求解动力阻抗的方法。（5）用上述程序计算了几个典型算例，并讨论了有限元计算中的若干问题：对一维问题研究了一维固结和冲击荷载的作用，验证了传输边界，并讨论了计算精度对单元尺寸的要求；对二维问题求解了条形基础的动力阻抗，讨论了有限厚饱和土层的截止频率以及传输边界中对剪切项系数的修正、对三维问题用有限元方法计算了饱和土中桩的动力阻抗，为后面相应问题简化模型的参数取值提供了参照。（6）将求解单相弹性体中桩的刚度和阻尼系数的Gazetas平面假设和分象限假设加以发展，应用到饱和土中桩的刚度和阻尼系数的确定，求解了薄层辐射阻尼的解析解，并拟合了包含足够信息同时又便于使用的近似公式，然后根据功的等效原理得到饱和土中与各薄层阻尼求积等效的桩头辐射阻尼系 数，最后通过有限元计算，简化算法和试验结果的对比，展示了所建议简化模型的可用性。     

振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究

根据饱和砂土-结构相互作用振动台试验的相似性要求,对饱和砂土的相似性要求进行探讨,提出以机制砂作为通用的饱和砂土模型材料。通过动力三轴分级循环加载试验,研究饱和机制砂模型土的最大动剪切模量G_max、动剪切模量比G/G_max-γ曲线、阻尼比λ-γ曲线、孔压比r_u-ΔW曲线的变化范围,得到其动力本构模型参数随有效粒径d₁₀、不均匀系数C_u、曲率系数C_c和相对密度D_r的变化规律和拟合公式,并根据相似要求和拟合公式分不同情况给出饱和机制砂模型土的配制方法。与文献中多种原型砂土的相似性分析表明,饱和机制砂模型土可以对大部分原型砂土有效实现动力特性相似和液化特性相似,证明其广泛适用性。     

饱和黏性土不排水分析中总应力强度指标的选用

针对饱和黏性土在不排水条件下的总应力分析,首先进一步深入阐释泰沙基有效应力原理,指出应注意区分静水压和超静水压,区分含有总水压的平衡总应力和仅含有超静水压的本构总应力.采用总应力法进行饱和土不排水分析时,这"总应力"只能是本构总应力.进而指出固结不排水强度指标一般不宜直接用于不排水强度计算,直接计算所带来误差的情况与实...     

防护结构与饱和土基相互作用的动力分析

本文将结构周围的土体模拟为饱和多孔介质给出了饱和土体分析的广义Biot方程。采取多重子结构方法处理复杂结构与多孔介质土体的相互作用动力分析,扩大了问题的求解规模。对半无限域土体有限元动力分析应力波在人工边界上的反射,本文采取最新提出的一种改进的广义Smith非反射边界方法,节省了对计算机的存储要求,并使求解效率提高。文末附有算例。     

层状饱和地基上刚性条形基础的动力刚度

利用饱和土层的精确动力刚度矩阵求解了动力Green函数,将基础和场地交界面离散,根据交界面上的位移边界条件得到层状饱和场地上刚性条形基础的动力刚度。对工程中常用的四种场地(饱和均匀半空间、基岩上单一饱和土层、饱和半空间上单一饱和土层、层状饱和场地)上刚性条形基础的动力刚度进行了对比和分析。研究表明:层状场地结果与其他场地结果有着明显的不同;当上覆土层较厚时,其他三种模型结果基本一致。本文方法可进一步推广到层状饱和场地中任意埋置基础动力刚度的计算中。     

弹性准饱和土中球空腔的动力响应

采用工程上通用的土力学模型,考虑饱和度对球空腔动力响应的影响,利用Laplace变换求解了弹性准饱和土中球空腔的动力响应问题,得到了变换域内的解析解。借助数值Laplace反变换,数值分析了弹性准饱和土中球空腔动力响应的位移、应力及孔压的变化规律。为分析地下结构动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值。     

水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应

研究了在水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理,将桩看作是一维的弹性杆单元,采用Hankel变换及数值逆变换得到饱和土的基本解。利用桩土之间的变形协调条件和叠加原理得到饱和土中群桩的第2类Fredholm积分方程,采用动力相互作用因子的方法计算群桩在水平荷载作用下的动力阻抗,给出了群桩的阻抗、弯矩以及孔压的数值结果。该方法可用于计算层状饱和土中群桩的水平动力反应问题。     

饱和粉土的若干动力特性研究

本文通过对可液化范围内的原状、重塑以及在不同粘粒粉粒含量、不同超固结比、不同成型时间下的击实的粉土进行动力试验与分析，探讨其动力特性受不同因素影响的变化规律，以加深对粉土的动力特性的进一步认识。     

饱和土中单桩在瑞利波作用下的动力响应

研究了频域内半空间饱和土中单桩在瑞利波作用下的动力响应。首先利用Muki的虚拟桩方法,将桩土共同作用问题分解为拓展的半空间饱和土和虚拟桩的叠加。拓展的半空间饱和土用Biot理论求解,而虚拟桩则用杆和梁的振动理论求解。利用半空间饱和土的基本解和自由波场解及桩、土间变形协调条件,建立了桩土共同作用的第二类Fredholm积分方程。对积分方程的数值求解可得桩在瑞利波作用下的动力响应。数值结果显示了饱和土的渗透系数、桩土相对刚度及入射波的频率对桩的动力响应有显著影响。     

部分排水条件下饱和砂土的力学特性研究

利用英国GDS公司的STDTTS标准应力路径三轴仪开展了饱和砂土的部分排水试验,从超静孔隙水压力、有效应力路径与渐近状态特性等方面研究了部分排水条件下饱和砂土的力学特性。将渐近状态方程与剪胀方程耦合,并引入描述排水程度的状态参量mtml_15-0208_bak/img_0.png10.015.0,提出了相变应力比方程,将方程引入到土的应力路径本构模型,建立了饱和砂土的渐近状态本构模型。通过部分排水条件下饱和砂土的三轴试验结果,验证了所建模型的合理性。研究结果表明：排水条件控制着土体剪胀特性的发挥程度,进而从两个方面影响土的力学特性,一是荷载条件,即影响土体的有效应力路径,以及加载模式;二是土性条件,即影响土的抗剪强度的发挥程度,形成渐近状态。     

单向循环荷载作用下饱和砂土中单桩沉降模型试验研究

通过饱和砂土中模型桩在单向循环荷载比(循环荷载幅值与桩的极限承载力的比值)分别为12.5%,25%,50%三种情况下的沉降试验,研究了模型桩在不同动力循环加载情况下的桩顶累积沉降和动位移幅值随振动次数的变化而改变的规律,拟合了沉降试验曲线的回归方程。对试验结果进行分析后得出:循环荷载比和循环次数是影响饱和砂土中单桩桩顶累积沉降的主要因素。     

考虑桩底土层波动效应的饱和黏弹性半空间中摩擦桩竖向振动

为深化对饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩竖向振动特性的认识,基于Boer多孔介质动力控制方程组,考虑桩底土层波动效应,采用Hankel积分变换和微分算子分解理论求解相关方程得到桩底、桩侧反力,进而建立饱和土中桩基竖向振动偏微分方程,结合桩土接触面混合边值条件推导得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩桩顶竖向动力阻抗解析表达式。并在此基础上进一步通过数值算例对比分析探讨了液固耦合系数、桩长径比、桩土模量比、地基土黏滞阻尼系数这些重要因素对所得桩顶动力阻抗的影响规律,得到了一些对工程实践有意义的结论。     

饱和土桩纵向振动引起土层复阻抗分析研究

主要研究了三维轴对称条件下饱和土层中弹性支承桩纵向振动产生的土层阻抗因子特性 ,建立了桩振动引起的饱和土层振动模式 ,结合饱和土中波传播特性对土层阻抗因子进行模态分析 ,并剖析了渗透力、土层厚度、土层底部反力系数、桩土模量比对土层阻抗的影响 ,最后与单相弹性退化解、忽略径向运动的两相简化解及胡昌斌的粘弹性解进行对比 ,阐明了各种解之间的关系     

黏弹性分数导数型饱和土中球形空腔的动力响应

基于Biot理论,在频率域内研究了黏弹性分数导数型饱和土中球形空腔的动力响应。利用分数阶导数黏弹性模型描述土骨架的应力–应变本构关系,并采用与土体孔隙率有关的应力系数合理地确定了衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。通过土体和衬砌接触面处的连续性边界条件,得到了内水压力作用下黏弹性分数导数型饱和土体中球形空腔的稳态动力响应。考察了物性参数对响应幅值的影响,研究表明：土体黏性和材料特性以及多孔柔性衬砌和饱和土的相对渗透性,对系统响应有较大的影响。     

饱和土中端承桩水平振动动力响应分析

基于Biot动力固结方程,研究了端承桩在饱和土中水平振动问题。引入势函数对方程解耦,采用算子分解及分离变量法结合桩土耦合条件得到简谐稳态水平振动下桩土动力响应的解析解。将本文解与等效单相解进行了对比,并阐明两解之间的关系。通过参数分析,表明渗透系数对桩土水平动力阻抗有一定影响,指出可等效成等效单相解的条件。     

横观各向同性饱和层状土中垂直受荷群桩的动力阻抗

给出了稳态振动时,垂直受荷群桩在 横观各向同性 饱和层状土中动力阻抗计算的一般方法。首先,基于 Biot 饱和介质的三维波动理论,借助 Hankel 变换,得到横观各向同性饱和土轴对称动力问题的通解,利用通解,给出饱和土层在 Hankel 变换域内的精确动力刚度矩阵,进而构建出饱和土层在竖向柱面荷载作用下的动力 Green 函数;其次,根据桩–土界面的位移协调及平衡条件,利用 Kynia 的方法,建立了饱和地基–群桩纵向耦合振动的边界元–有限元方程,给出了垂直受荷群桩动力阻抗的计算公式。算例表明：场地土的各向异性及土层刚度的变化,对摩擦型群桩动力刚度的影响要远大于对端承型群桩的影响。     

饱和土中考虑衬砌界面排水的浅埋盾构隧道开挖影响分析

盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是隧道及地下建筑工程领域中研究的热点问题。由于目前该领域较少考虑饱和土质以及隧道衬砌与土体间界面排水工况所带来的影响,尤其是较少针对隧道施工长期变形影响以及衬砌应力进行解析分析。由此基于隧道开挖椭圆化变形模式,考虑衬砌界面完全排水以及完全不排水两种工况,提出了饱和土中浅埋隧道开挖引起的地层长短期变形和隧道衬砌应力计算方法。结果表明:椭圆化变形模式对地层短期变形和长期变形的影响均较明显,在此条件下得到的位移曲线与实测值吻合较好。在计算衬砌内力时,衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈上大圆下小圆的倒“8”字形分布;而弯矩沿圆周呈上下圆基本一致的“8”字形分布,其中下圆稍大。土质和界面排水条件显著影响衬砌内力值的大小,其中饱和土长期排水工况下衬砌内力值一般大于不排水工况解,且其与饱和土短期不排水解相比差距明显。分析成果可为正确预估饱和土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。