单排弹性空心管桩屏障对平面P波的隔离

由于桩体的长度远大于直径,因此将单排弹性空心管桩构成的非连续屏障对平面P波的隔离问题简化成二维平面问题,采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩--土界面处完全联结和管桩内壁完全自由的边界条件,得到了问题的理论解.引入无量纲位移和透射系数等概念,通过数值计算,分析了弹性空心管桩的壁厚、桩土模量比、管桩间距和管桩数量对屏障对平面P波隔离效果的影响,结果表明:隔离效果随着管桩壁厚和桩间距的减小而提高;隔离效果随着桩土模量比的增大而提高,但当桩土模量比大于500后,隔离效果提高不明显,此时可等价为刚性管桩屏障;随着管桩数量的增多,最佳隔离区域在增大,最佳隔离位置在前移,最佳隔离效果也有所提高.这为非连续屏障的隔振设计提供了理论依据.     

准饱和土体中圆形衬砌对弹性波的散射

采用Vardoulakis和Beskos提出的准饱和土体的波动控制方程,根据Helmholtz矢量分解定理,得到了准饱和土中P1波(快压缩波)、P2波(慢压缩波)和S波(剪切波)的波数的势函数表达式.将准饱和土体和圆形衬砌视为各向同性的均质体,运用波函数展开法将入射波、散射波和折射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据准饱和土体与衬砌边界处应力和位移连续及衬砌内完全自由的边界条件,得到了平面P1波入射下,准饱和土体内深埋圆形衬砌的散射系数和折射系数的理论解,通过数值计算分析了饱和度对准饱和土体和衬砌的DSCF(动应力集中因子)及准饱和土体的PPCF(孔压集中因子)的影响规律,结果表明:准饱和土体的DSCF随着饱和度的增大而减小,衬砌的DSCF基本不受饱和度的影响,而准饱和土体的PPCF则随着饱和度的增大而增大.     

圆弧形层状沉积谷地对入射平面SV波散射解析解

利用Fourier-Bessel级数展开法给出了圆弧形层状沉积谷地对入射平面SV波散射问题的一个解析解,并分析了谷中层状沉积排列顺序及相对刚度等因素对散射的影响.     

含覆盖层峡谷地形对平面P、SV波的宽频散射模拟

含覆盖层峡谷对地震波的高频散射规律尚不明确．本文采用间接边界元方法(IBEM)分析半空间中含覆盖层峡谷地形对地震波的二维宽频散射,对入射波型、入射角度和频率、覆盖层深宽比等因素对覆盖层地震响应规律的影响进行探讨分析．结果表明：IBEM可高效精确地对地震波的散射进行宽频模拟．对中低频段（无量纲频率η10.0）,覆盖层放大效应减弱甚至出现缩幅效应．随覆盖层深度增加,位移放大频段的带宽逐渐减小,第一峰值频率降低,且在低频段频谱曲线振荡剧烈．另外,覆盖层形状和入射角度对地震波聚焦特征也具有重要影响,不同波型入射下聚焦区域有很大差别．实际含覆盖层峡谷地形地震反应分析需精细考虑波型、入射波频率和角度、覆盖层深宽比等因素,以更科学地进行震害解释和地震安全性评价．     

流体饱和弹性半空间裂隙对平面P_I波的衍射

采用间接边界元法,求解了饱和半空间裂隙对平面PI波的二维衍射问题。基于单层位势理论,将边界离散并直接在边界单元上施加虚拟荷载(水平作用力、竖向作用力和流量源的叠加)以构造散射波场,并由边界条件确定虚拟荷载密度,总波场由自由波场和散射波场共同组成。通过参数分析研究了入射波频率、入射倾角、埋深、孔隙率、边界渗透条件等因素对饱和半空间中裂隙对平面PI波衍射的影响规律。结果表明:裂隙随埋深增大,地表位移谱振荡加剧,峰值有所降低;随着入射频率增加,孔隙率影响逐渐增大;垂直入射时,水平位移的放大区域主要分布在裂隙两端,斜入射时,主要集中在裂隙正上方地表附近;透水和不透水两种情况下的地表位移幅值和相位差别较小,但干土情况与饱和情况下的位移幅值相差较大。     

饱和土体中圆柱形孔洞的动力分析

本文采用工程通用的土力学模型，利用积分变换法推导了置于饱和土体中的圆柱形孔洞瞬态动力响应解答的一般解析表达式，并将其与经典弹性动力学中圆柱形空腔问题的解答作了有价值的比较，文末利用一种十分有效的数值反变换方法给出了有意义的算例。本文为进一步分析岩土工程、地震工程中隧道、管道等地下结构的动力响应提供了有效途径，具有理论与应用价值。     

层状饱和土中管桩瞬态扭转振动研究

对瞬态扭转激振荷载作用下层状饱和土中端承管桩的动力响应问题进行了研究。首先借助Laplace变换和分离变量法解耦Biot波动方程,土层层间动力相互作用简化为分布式线弹簧,并结合桩-土交界面上的应力和位移连续边界条件,导出了各节段管桩在Laplace变换域内扭转动力响应的解析表达式;然后,根据阻抗函数传递原理,并对得到的解进行Laplace数值逆变换,最终获得了瞬态扭转荷载作用下层状饱和土中管桩动力响应的时域解答。研究表明：桩顶作用三角形或半正弦荷载情况下,最大桩顶扭转角产生时刻落后于最大荷载对应时刻;且当桩周土渗透系数处于相对较高和较低范围内,桩顶转角几乎保持不变,在中间范围内则随渗透系数增大而增大;硬夹层的存在将使桩身上部扭矩增大,下部扭矩减小,软夹层下规律相反。     

粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的动力响应分析

基于Biot波动方程,研究分析了粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的动力响应问题.假定衬砌材料为多孔介质,引入了更符合工程实际的半封闭边界条件.通过引入势函数,在Laplace变换域中得到隧洞边界上作用轴对称荷载和流体压力条件下应力、位移和超孔隙水压力的解答.利用Laplace数值逆变换得到时域中的解,分析了隧洞边界的半透水特性对隧洞动力响应问题的影响,结果表明:隧洞边界的半透水特性对应力、位移场的变化和超孔隙水压力的消散有很大的影响,透水和不透水下条件的解仅是本文的两个特例.     

空穴的绕射隔离效应和对后方应力波的削弱作用

以新型抗爆工程设计为背景,以改进的有限差分软件Renewto为手段,对含空穴的混凝土介质中应力波的衰减机制和演化规律进行了二维数值分析,通过改变空穴的位置和特征尺度等参数来考察空穴后方应力波的强度衰减及波形演化,从而对应力波传播中的空穴隔离效应进行了分析和讨论。结果表明,适当调整空穴的位置、尺寸等因素,可以在其后方明显减弱冲击波。还以计算结果为基础提出了一个应力削弱因子的拟合公式,为在抗爆防震工程中设计科学智能的防护层提供了一定的理论依据。     

球壳中球形夹杂对SV波的三维散射与动应力集中研究

夹杂将导致结构应力集中,是降低结构承载能力重要影响因素,尤其是动载作用情况下,弹性波衍射和叠加将加剧应力集中程度.弹性波衍射方程建立和求解非常复杂,目前主要研究对象集中在二维模型情况,三维有限域内夹杂引起的动应力集中现象在大型结构中比较常见,有界域边界不仅作为边界条件,同时也是散射波波源,提高了求解难度.一般通过近似方法,将三维模型简化为二维情况,往往导致求解结果过于保守不能解释实际问题.论文针对三维球壳包含夹杂一般情况,分别以球壳和夹杂中心建立球坐标以描述球壳内、外壁和夹杂表面散射波势函数,并引入一种球波函数加法公式实现不同坐标下势函数转换,以求解应力集中状态.最后针对三维情况,给出多个动应力集中因子分布状态以描述动应力集中程度.文中研究为一般情况下含夹杂球壳结构的强度分析提供了理论支撑.     

应用电磁超声技术实验分析自由表平面凹坑上P—SV波的转换

本文对正入射条件下自由表平面半球形凹坑上Ｐ－ＳＶ波的转换进行了实验分析，实验中使用了电磁超声技术，确保在各个方向上等声程接收散射ＳＶ波和良好的测量重复性．实验结果表明，随着凹坑直径（Ｄ）与入射波波长（λ）之比的改变，转型ＳＶ波的指向特征有显著改变；当Ｄ／λ＝１时，ＳＶ波则集中于近表平面，并与散射Ｐ波耦合为强烈的瑞利波．本文为自由表平面半球形凹坑上弹性波的散射方向提供了一些实验解，并为应用波型转换方法检测金属孔蚀提供了实验基础．     

饱和土体中压力隧洞衬砌-土相互作用解析研究

基于Biot理论，采用渗流一力学耦合模型研究分析了内水压力作用下饱和土体中压力隧洞衬砌一土的相互作用问题。假定衬砌和土体均为饱和多孔介质，且衬砌和土体完全接触。运用积分变换理论，在hplace变换域中得到了衬砌和土体中的应力、位移和孔隙水压力解答，并利用bplace数值逆变换得到时域中的解。文末的算例分析结果表明：(1)采用渗流一力学耦合模型能较好地反映隧洞衬砌与土体相互作用中应力和变形的随时间变化过程；(2)衬砌和土体的相对刚度对隧洞的计算结果有很大影响。     

基于多孔介质理论的饱和土体中圆形隧道洞稳态响应分析

基于饱和多孔介质理论,将土体视为液固饱和两相介质,研究分析了粘弹性饱和土体中圆形隧道洞的稳态响应问题,得到了隧道洞边界作用轴对称荷载时的径向位移幅值、径向应力幅值和孔隙水压力幅值的稳态响应解,研究了渗透系数、阻尼系数对圆形隧道洞稳态响应的影响.     

液饱和多孔介质中三维应力波的传播

为了深入研究液饱和多孔介质中应力波的传播，提出了三维两相细观计算模型．基于此模型。应用Galerkin余量法并计及流-固耦合界面的耦合效应，利用直接耦合的技术，开发了三维流-固混合显式动力有限元计算程序．在此基础上对冲击载荷作用下液饱和多孔介质中三维应力波的传播现象进行了数值模拟，并详细讨论了孔隙率，孔隙形状等因素对应力波传播主导波形的影响．     

深基坑开挖中饱和-非饱和土体渗流-沉降的耦合分析

基于饱和-非饱和土体渗流理论,以及土体渗透系数与基质吸力之间的相互联系,将基坑非稳态渗流场的动态变化在时间和空间上进行离散,分别引入到基坑降水的应力应变分析中.以Fredlund非饱和土理论和Mohr-Coulomb屈服准则为基础,采用土体弹塑性本构模型,对高水位地区深基坑开挖采用井点降水措施引起的基坑渗流场的变化及地表沉降进行了数值模拟分析,得出不同降水条件下渗流场的变化规律以及渗流-沉降的内在联系.     

直角平面内弹性圆夹杂对入射平面SH波的散射

利用复变函数法、多极坐标移动技术及傅立叶级数展开求解二维直角平面内圆形弹性夹杂对稳态入射平面SH波的散射问题。首先写出直角平面内不含夹杂时的入射波场和反射波场;其次建立直角平面内含夹杂时夹杂外的散射波解和夹杂内的驻波解,并利用叠加原理写出问题的总波场,借助夹杂边界处应力和位移的连续条件建立求解散射波解和驻波解中未知系数的无穷代数方程组并求解,通过算例具体讨论了直角平面水平边界点的位移幅度比和夹杂边界处径向应力集中系数随不同无量纲波数、入射角及圆孔位置的变化情况,结果表明了算法的有效实用性。     

水饱和岩石中爆炸应力波传播的数值模拟

基于连续介质力学和不相融混合物理论,假定组分间无相对运动,采用B-W-N-B有效应力准则,在屈服面中引入孔隙影响因子,提出了一种多孔含水介质流固耦合的本构模型,并给出了孔隙的演化方程,对水饱和凝灰岩介质中的爆炸应力波传播作了数值模拟。数值计算给出的应力波形与实测结果有良好的一致性。采用本文中所述流固耦合本构模型,可很好地预测水饱和岩石中爆炸波的演化规律。     

二维地表局部不规则区域对P,SV波传播的影响

本文将转换矩阵法加以推广,用来求解半空间表面局部不规则区域所引起的P、SV波的散射透射问题。计算讨论了孤突山丘和沉积谷地对地震波的放大作用,结果与实际震害调查中观测到的现象基本一致。     

饱和土中的任意形状孔洞对弹性波的散射

根据Biot波动理论建立了求解饱和土中任意形状孔洞对弹性波散射问题的复变函数方法.首先通过引入位移势函数把稳态条件下的Biot波动方程解耦为势函数所满足的Helmholtz方程.利用分离变量方法即得到Helmholtz方程完备的通解.根据所得位移势函数的通解,可得骨架位移、流体相对骨架的位移、应力和孔压的表达式.通过保角变换方法,把物理平面上的孔洞映射到像平面上单位圆.利用土骨架和流体的边界条件,即可确定波函数展开式中的未知系数.给出了一些数值结果.