爆炸荷载作用下深埋圆形隧洞饱和土-衬砌系统的动力响应

考虑隧洞衬砌内壁对爆炸波的反射作用及其负压效应,将衬砌视为弹性介质,研究了深埋圆形隧洞饱和土-弹性衬砌耦合系统在隧洞轴线发生爆炸时的轴对称瞬态动力响应。首先,基于Biot理论和弹性理论,考虑边界条件以及弹性衬砌和饱和土接触面处的连续性条件,利用Laplace变换得到饱和土和弹性衬砌位移、应力和孔隙水压力等在Laplace变换域中的解析表达式。在此基础上,利用Laplace数值逆变换得到其时间域的动力响应,数值分析重点考察了不同隧洞模型和不同爆炸载荷模型对饱和土动力响应的影响,并进行了参数研究。结果表明:爆炸波反射产生的负压效应对饱和土体的动力响应有显著影响。同时,饱和土-壳体衬砌系统、饱和土-弹性衬砌系统和无衬砌饱和土隧洞的响应性态基本一致,但响应周期和幅度依次增大。     

准饱和粘弹性土-隧道衬砌系统的动力特性

将衬砌和土骨架分别视为多孔弹性材料和具有分数阶导数本构关系的粘弹性体,在频率域内研究了饱和度对分数导数型准饱和粘弹性土-半封闭圆形隧洞弹性衬砌系统动力特性的影响。将水-气混合物视为一种均匀流体,基于Biot两相动力固结理论和弹性理论,分别得到了简谐轴对称荷载和流体压力作用下分数导数型准饱和粘弹性土的位移、应力和孔压以及衬砌的位移和应力解析表达式。利用衬砌内边界上的边界条件及土体和衬砌界面处的连续性条件,得到了待定系数的具体表达式。通过算例分析,发现:衬砌和土体相对渗透系数对孔压幅值的影响与饱和度有关;流体压力作用下,随着饱和度的减小,位移幅值逐渐增大。另外,分数导数模型参数对系统动力响应有较大影响。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究EI北大核心CSCD

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

饱和黏弹性土中圆柱形隧洞的振动特性

基于流体不可压缩饱和多孔介质理论,将衬砌视为具有分数导数本构关系的多孔黏弹性体,在频率域内研究了在内水压力作用下饱和黏弹性土和衬砌系统的振动特性。通过引入与孔隙流体体积分数有关的应力系数,合理地确定了隧洞边界衬砌和孔隙水共同承担的内水压力值。利用衬砌内边界上的边界条件以及衬砌和土体界面处应力和位移的连续性条件,给出了隧洞边界部分透水条件下饱和黏弹性土和分数导数型黏弹性衬砌系统简谐耦合振动时系统动力响应的解析解。结果表明:饱和黏弹土和衬砌结构的动力响应与衬砌材料的黏性有关;应力系数合理地确定了衬砌和孔隙水共同承担的内水压力值。     

啁啾脉冲放大中的增益饱和效益

利用描述脉冲在啁啾放大系统中传输的非线性薛定谔方程,通过分布傅立叶方法对方程进行数值求解,研究了脉冲在完全均匀加宽与完全非均匀加宽介质中传输放大时增益饱和效应对脉冲的影响。     

K_0固结饱和土体柱孔扩张问题一种相似解法

采用能够考虑原状土体实际K_0固结特性弹塑性本构模型的屈服面方程为屈服准则,根据柱孔扩张基本平衡方程和相似解方法,对处于天然状态下的饱和土体柱孔扩张问题进行求解,推导出从零初始孔径柱孔扩张问题在小应变情况下塑性区的有效应力、超静孔隙水压力半解析解答。同时,通过算例对比分析表明:饱和土体在柱孔扩张后其塑性区超静孔隙水压力沿径向呈衰减趋势变化,其大小随着超固结比的增大而增大,孔壁周围土体有效应力下降明显,随着超固结比的增大,有效应力的减小趋势有所降低;考虑K_0固结影响的本文解答所得到的超静孔隙水压力大于修正剑桥模型的解答,扩孔完成后其周围土体有效应力下降大于后者。     

穿越非均匀土体埋地管道地震离心实验研究

穿越非均匀土体经历不同地震作用的埋地管线的变形和残余强度严重影响着管道的安全。该文采用离心振动台分别平行于埋地管道长度方向输入0.6 g和0.3 g峰值地面加速度地震波,研究了埋地管道在一系列地震作用和不均匀土体变形共同作用下的响应,得到了PVC和铝合金两种埋地管道穿越软土/硬土土体的地震响应规律。地震引起不均匀土体的瞬时变形,导致埋地管道最大应变发生在土体分界面和软土中,管道拉伸应变幅值软土要大于硬土,而压缩应变幅值正好相反,硬土中管道拉伸应变幅值小于压缩应变幅值,硬土中管道压缩应变幅值受地震烈度影响比软土大。地震引起的土体永久变形对埋地管道残余变形影响很大,硬土中的管道残余应变为压应变,软土中管道的残余应变为拉压应变交替分布。     

移动荷载作用下饱和地基上板式轨道动力分析

采用半解析法研究了列车荷载作用下板式轨道-下卧饱和土体系统的动力响应问题.采用双层弹性Euler梁来模拟板式轨道中的钢轨和轨道板,采用弹簧-阻尼器来模拟轨下垫圈.列车荷载采用一系列移动的点荷载来模拟,下卧土体采用多孔饱和半空间模型,并假定半空间土体表面与轨道板接触面完全透水.利用Fourier变换方法在变换域内求解轨道和土体的控制方程,饱和土体动力响应在时域内的结果通过快速Fourier变换求得.文章中主要研究了轨道板刚度和土体渗透系数对土体位移和加速度响应的影响.研究表明,土体中液相介质的存在会对土体的振动响应产生很大影响,且适当增大轨道板刚度可有效控制高速列车引起的土体动力响应.     

埋置移动荷载作用下成层饱和地基的动力响应

利用Fourier变换和传递反射矩阵法（TRM法）研究了成层饱和地基在埋置移动荷载作用下的动力响应。土体被假设为完全饱和的多孔弹性介质并且服从Biot多孔弹性波动方程,用修正粘滞阻尼模型来描述土体的粘弹性行为,采用TRM法来考虑饱和地基的成层性,利用Fourier变换和Fourier逆变换得到了埋置移动荷载作用下饱和地基动力响应积分形式解答。当饱和成层地基退化单层饱和地基时,该文解与已有解能很好的吻合。最后,通过数值计算分析了埋置荷载深度﹑荷载速度、荷载频率及软硬夹层对动力响应的影响。     

饱和分数导数型粘弹性土-深埋圆形隧洞衬砌系统的动力特性

在频率域研究了分数导数型粘弹性饱和土体和深埋圆形隧洞弹性衬砌相互作用的耦合简谐振动。将土骨架视为具有分数阶导数型本构的粘弹性体,基于饱和多孔介质理论和平面弹性理论,分别给出了饱和粘弹性土、弹性衬砌简谐振动的解析解。通过弹性衬砌和饱和土接触面处的连续性条件和衬砌内边界条件,得到了饱和粘弹性土-衬砌系统的稳态动力响应,给出了衬砌和饱和粘弹性土位移、应力和孔隙压力的解析表达式。在此基础上,进行了参数研究,讨论了物理和几何参数对系统响应的影响。研究表明:饱和分数导数型粘弹性土-衬砌系统的动力响应与经典饱和弹性/粘弹性土-衬砌系统的动力响应差异很大。     

深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性。基于Bishop非饱和土有效应力原理和单相流固结理论,建立了单相流条件下非饱和土的运动方程。通过位移势函数解耦,得到了非饱和土在简谐荷载作用下的动力响应解答。将衬砌结构视为均匀弹性介质,基于弹性理论,得到了简谐荷载作用下圆柱形衬砌结构的稳态形式解答。利用土体与衬砌界面的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定了表达式的待定系数。在此基础上,考察了饱和度、吸力折减系数、衬砌厚度等参数对非饱和土响应幅值的影响。结果表明:随着衬砌厚度的增加,系统响应幅值逐渐减小;饱和度和吸力折减系数对孔隙水压力幅值的影响较大,而对径向位移和环向应力幅值的影响较小。     

双向非均质黏性阻尼土中桩基扭转振动频域阻抗解答与分析

基于三维连续黏性阻尼介质理论和径向多圈层复刚度传递模型,综合考虑桩周土径向非均质效应和纵向成层性,建立双向非均质土体中桩基扭转振动简化分析模型。采用拉普拉斯变换和复刚度传递法求解得出土体位移形式解,进而利用桩-土耦合条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程中,并通过扭转阻抗传递法推导得出桩顶扭转阻抗解析解答。将该解退化并分别与均质土及径向非均质土中的解答进行对比验证其合理性。在此基础上,通过参数化分析探讨了桩周土施工扰动程度和扰动范围、扩颈及缩颈缺陷对桩顶扭转阻抗的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。     

列车移动荷载作用下饱和地基的地面振动特性分析

基于饱和土的Biot波动方程和边界条件,利用Fourier变换和Galerkin法推导出频域内的u-w格式的2.5维有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题。通过解方程首先获得饱和土体频域-波数域的位移解答,然后通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的位移解答。通过计算实例验证了计算模型。建立轨道-地基模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,详细讨论了动力渗透系数、孔隙率、土骨架密度和剪切波速等参数对地面振动传播与衰减的影响规律分析。研究表明;在垂直轨道方向,随着与轨道中心距离增加,加速度幅值和主频迅速衰减;饱和土体动力渗透系数、孔隙率、剪切波速和土骨架密度对地表位移幅值均有较大的影响     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析

基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。     

非均匀速度分布对地铁曲线区段钢轨磨耗演变的影响

基于三角概率分布研究了速度分布的不均匀性对曲线轨道钢轨磨耗演变的影响。采用Archard材料磨耗模型，结合基于虚拟渗透的非Hertz滚动接触理论进行钢轨磨耗预测仿真；建立曲线区段车辆与轨道动力相互作用模型，对不同速度条件下的钢轨磨耗按权重进行累积计算，结合B-spline函数对磨耗后的钢轨型面进行平滑更新，对比分析了地铁B型车以单一速度和非均匀速度通过曲线钢弹簧浮置板区段时的钢轨磨耗演变情况。结果表明：钢轨磨耗在圆曲线上较大，磨耗光带基本平行于轨道纵向，磨耗深度沿轨道纵向分布不均匀；钢轨磨耗范围随钢轨型面更新次数的增加逐渐增加，磨耗速率随钢轨型面更新次数的增加先增加后减小；非均匀速度通过有效提高了钢轨磨耗分布沿轨道纵向的均匀性；第10次更新时采用非均匀速度通过和优化钢轨型面与采用单一速度通过和磨耗钢轨型面相比车辆累计通过数量增加了近一倍，显著减缓了曲线段钢轨磨耗速率，极大地增加了车辆运行稳定性；在地铁实际运营中可通过在高峰和低峰时段采取非均匀速度控制模式，在一定程度上减缓钢轨磨耗速率。     

埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统动力响应分析

针对地铁列车运行中引起的地表振动问题,研究了埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统的动力响应。将地基土体采用Biot饱和多孔介质理论来模拟,将地下轨道结构简化为埋置无限长Euler-Bernoulli梁,埋置移动荷载作用在梁上。并采用传递透射矩阵法(TRM法)考虑地基的成层性。利用Fourier变换及逆变换,结合梁与土体间的力与位移连续条件,得到了地基在时间空间域内的动力响应解答。当饱和成层地基退化为均质黏弹性地基时,所得解与已有解能很好地吻合。最后,通过数值算例分析了梁的刚度﹑埋置深度及荷载移动速度、频率等因素对地表振动的影响。     

Rayleigh波作用下饱和海床土中管桩竖向动力特性研究

针对近海环境中钢管桩在Rayleigh波作用下的竖向动力特性进行了研究。基于Biot理论和理想流体控制方程,结合上覆流体与海床面的位移,应力以及动水压力连续性条件,求得了流体-饱和介质在Rayleigh波作用下的自由场波动解;接着考虑大直径管桩的横向惯性效应,借助管桩内外侧土体竖向动力阻抗,建立了Rayleigh波作用下饱和海床土中管桩竖向动力响应的频域解答。结果表明:海床及管桩竖向位移随着流体层厚度的增加逐渐降低,当流体层厚度超过10 m时,则基本保持不变;桩径的增大将使不同桩顶质量下的管桩竖向位移逐渐减小,并最终趋于同一数值;桩侧摩阻力在海床面以下2.5倍波长范围内随土体剪切模量的增大而减小,当深度进一步增大时,则基本一致。     

隧道施工期扰动对运营期隧道-土体系统动力响应的影响分析

地铁盾构隧道施工会造成地基土体扰动,由此产生的土体刚度退化会影响地基土体的振动响应。为考虑近场施工扰动对后期隧道系统动力响应的影响,提出了一种静力有限元和2.5维动力有限元联合的求解方法。首先,基于饱和土的波动方程,推导了以土骨架位移u和孔隙水压力p表示的u-p格式的饱和土2.5维有限元表达式,结合拉伸函数构建完美匹配层边界,建立u-p格式下饱和地基下的2.5维有限元-完美匹配层动力模型。其次,采用静力有限元模拟隧道施工,确定由于盾构隧道施工扰动引起的地基土体剪切刚度退化值。最后,将退化的土体剪切刚度代入2.5维动力模型,实现施工扰动对系统动力响应的影响分析。基于该方法,探讨不同地基土体和隧道形状时盾构隧道开挖施工对地表振动响应的影响。结果表明：隧道施工会增大地表土体的竖向振动位移,距离隧道越近,隧道施工引起的地表竖向位移增量越大,最大值出现在隧道中心线处;圆形和矩形隧道下的振动响应小于椭圆形隧道。     

非均匀载荷作用下偏心磨损套管稳定性准则

采用小参数摄动法建立了非均匀载荷作用下具有初始椭圆度的磨损套管稳定性准则,根据计算得到的磨损套管相对应变及其临界值之间的关系确定磨损套管是否发生挤毁失效。分析了磨损套管相对应变及其临界值与套管外径、壁厚、磨损深度、载荷非均匀度、初始椭圆度之间的关系。套管外径增加导致失稳临界应变减少,磨损套管保持其稳定的壁厚也随之增加。非均匀载荷作用下磨损套管相对应变与初始椭圆度之间是线性关系,套管初始椭圆度越大,相对应变越大。相对应变与载荷非均匀性之间是抛物线关系。磨损套管载荷非均匀性越大,相对应变越大。非均匀载荷作用下磨损套管的相对应变随磨损深度线性增加。该准则能够用于评价非均匀载荷作用下含磨损缺陷套管的井筒的完整性。