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.     

SH波对直角平面区域内圆形衬砌的散射与地震动

研究了以任意方向入射的平面SH 波对直角平面区域内圆形衬砌的散射与地震动问题．利用复变函数法、多极坐标移动技术及镜像法,将直角平面区域内的波场延拓于半无限空间,根据边界条件将该问题的解答可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,通过算例考虑衬砌的动应力集中和地表位移．结果表明,衬砌的动应力集中和地表位移幅值取决于入射波频率、角度、衬砌的位置和厚度比．     

SH波作用下地表软覆盖层中圆形夹杂的动应力分析

利用复变函数法和波函数展开法, 对地表软覆盖层中浅埋圆形夹杂在稳态SH波作用下的动应力集中问题进行研究并给出了解析解。根据SH波散射时的衰减特性, 采用了大圆弧假定的方法, 将半空间覆盖层直线边界问题转化为曲面边界问题。通过算例分析了SH波垂直入射时, 不同入射波波数和圆夹杂与半空间的波数比对圆形夹杂周边动应力集中因子的分布和动应力集中因子最大值变化的影响。算例表明, 圆形夹杂越“软”, 其波数越大, 夹杂周边的动应力集中因子越大; 入射波波数约0.35时, 夹杂周边的最大动应力集中因子达到最大值。

     

界面上圆形衬砌结构对平面SH波散射

研究界面上的圆形衬砌结构对平面SH波散射与动应力集中问题.在一个含有半圆形衬砌缺口的弹性半空间水平面上,Green函数是受时间谐和的出平面线源载荷作用的位移基本解.采用沿界面“剖分”圆形衬砌结构的方法,并利用界面连续性条件建立起问题的定解积分方程组,进而得到圆形衬砌上的动应力集中解.最后给出了关于界面圆形衬砌结构上动应力集中系数的数值结果,并对界面圆形衬砌结构的动应力集中系数的影响进行了讨论.     

SH波入射半空间双相介质界面附近圆形衬砌的动力分析

利用复变函数和Green函数法研究了无限半空间中双相介质界面附近圆形衬砌对SH波的散射与动应力集中问题.该问题的解答采用镜像法,首先构造出含有圆形衬砌的直角平面区域出平面问题的Green函数,然后利用“契合”技术,并根据界面处位移连续性条件将解答归结为具有弱奇异性的第一类Fredholm积分方程组的求解,结合散射波的衰减特性,直接离散该方程组,把积分方程组转化为线性代数方程组可得到该问题的数值结果.最后,通过算例分析了不同介质参数、几何参数和入射波时圆形衬砌界面的动应力集中情况.     

SH 波入射时半空间界面裂纹与圆形衬砌的相互作用

利用复变函数和Green函数法研究了双相介质半空间界面裂纹及界面附近圆形衬砌对SH 波的散射与动应力集中问题。首先,采用映像思想构造满足自由边界条件的散射波表达式,进而求解所需的Green函数;其次,采用裂纹切割技术构造裂纹,并根据连续性条件建立了求解该问题的无穷代数方程组;最后,给出了不同入射波数时界面裂纹与衬砌的相互作用。结果表明,裂纹的存在显著放大了衬砌界面的动应力集中。     

半空间饱和土中圆柱形衬砌内荷载引起的动力响应解答

地下衬砌结构经常会受到内部动荷载的作用,内荷载引起的衬砌结构的动应力集中备受关注.采用Laplace变换和波函数展开法,对半空间饱和土中均布突加荷载作用下圆柱形衬砌结构的动力响应进行了研究.以大半径凸圆弧来近似半空间表面,将半空间饱和土中的波动方程展开成无穷级数的形式,应用Graff加法公式进行坐标变换,根据连续条件和边界条件,确定波函数展开式中的未知系数,求得了半空间饱和土中均布突加荷载作用下圆柱形衬砌的动力响应解答,讨论了衬砌埋深对圆柱形衬砌动力响应的影响.该问题的求解,为地下结构的动力分析提供了一种有效方法.     

饱和地基任意形状衬砌内部均布突加荷载作用下的动力响应

地下衬砌结构经常会受到内部动荷载的作用,内荷载引起的衬砌结构的动应力集中备受关注.论文利用波函数展开法和Laplace变换,推导了饱和土中突加荷载作用下衬砌结构和土体的位移、应力、孔压表达式.应用复变函数和保角变换,将任意形状边界映射为圆形边界,利用饱和土和衬砌结构的连续条件和边界条件,求得了任意形状衬砌结构的动力响应解答.利用Laplace反变换的数值积分方法,给出了突加荷载作用下椭圆形和圆形衬砌结构的动力响应.     

球面压缩波入射下深埋三维衬砌洞室的动应力集中效应

采用一种间接边界元方法求解了球面压缩波入射下深埋球形衬砌洞室的三维动力反应,并与弹性全空间球形空洞精确解及平面波入射结果对比,验证了本文方法具有较好的计算精度;进而分析了入射球面波的频率、波源与洞室距离、衬砌厚度等参数对衬砌洞室动应力集中因子(DSCF)的放大效应。结果表明:近源和较低频率波入射情况下,入射波频率对动应力集中因子和空间分布特征有显著影响。整体上看,球面波入射下衬砌内动应力集中现象更为明显,DSCF值可达到相应平面波入射情况的2倍左右;当波源距离在5倍波长之外,可近似采用平面波模拟球面波入射;衬砌内不同位置频谱幅值差别明显,且峰值频率也有较大差异,迎波面一侧应力集中更为显著;在正常参数范围内,随衬砌厚度增大,衬砌内DSCF值有所降低。     

饱和土和衬砌相互作用的圆形隧洞动力特性

利用 Darcy 渗透定律,通过引入衬砌和土体的相对渗透系数,建立了隧洞边界部分透水条件。将土骨架视为具有分数导数粘弹性本构关系的粘弹性体,基于 Biot 理论,通过界面连续性条件在频率域内给出了简谐轴对称荷载或流体压力作用下饱和粘弹性土-弹性衬砌系统耦合振动时饱和土、衬砌的位移、应力、孔隙水压力表达式,并通过算例分别考察了简谐轴对称荷载、流体压力作用下的分数导数阶数、材料参数比、渗透系数对系统的径向位移幅值 U 、孔隙水压力幅值P 的影响,结果表明：随着分数导数阶数和材料参数比的增加,系统的响应幅值逐渐减小;随着渗透系数κ的增加,轴对称荷载作用下的土体位移幅值和孔隙水压力幅值逐渐减小,当κ大于100时,U 和 P 值无明显变化,流体压力作用下的土体位移幅值和孔隙水压力幅值逐渐增大,当κ大于1时, U 和 P 值无明显变化。     

爆炸作用下土体隧道衬砌结构的动力响应

为了找出爆炸动力作用下的隧道衬砌结构薄弱部位和力学规律,建立了土体隧道动力分析整体有限元模型;利用显式动力有限元程序Ansys/Ls-dyna进行了数值模拟,探讨了土体隧道衬砌结构在爆炸作用下不同部位的时间历程曲线;分析了爆炸作用下土体隧道衬砌结构的动力响应。结果显示:隧道衬砌结构肩部在x、y方向的位移都较大;隧道衬砌结构顶部在y方向的位移较大;隧道衬砌结构顶部、肩部的加速度峰值最大并且加速度曲线均出现了两次或多次峰值。这反映了爆炸冲击波有比较强烈的多次反射;各部位压力时程曲线波动较大,按照肩部、顶部、胯部、底部、腰部的顺序先后到达峰值;顶部和肩部σx峰值最大,顶部和底部σy峰值最大,顶部、肩部、底部τmax峰值最大。顶部和肩部出现最大拉应力说明爆炸对拱顶拱肩损伤较大,隧道衬砌结构将会最先在这两处发生破坏。     

TORSIONAL VIBRATIONS OF RIGID CIRCULAR PLATE ON TRANSVERSELY ISOTROPIC SATURATED SOIL

An analytical method was presented for the torsional vibrations of a rigid disk resting on transversely isotropic saturated soil. By Hankel transform, the dynamic governing differential equations for transversely isotropic saturated poroelastic medium were solved. Considering the mixed boundary-value conditions, the dual integral equations of torsional vibrations of a rigid circular plate resting on transversely isotropic saturated soil were established. By appropriate transform, the dual integral equations were converted into a Fredholm integral equation of the second kind. Subsequently, the dynamic compliance coefficient, the torsional angular amplitude of the foundation and the contact shear stress were expressed explicitly. Selected examples were presented to analyse the influence of saturated soil's anisotropy on the foundation's vibrations.     

垂直受荷群桩在半空间饱和土中的稳态反应

研究了均质半空间饱和土中群桩在垂直稳态荷载作用下的动力反应问题。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。利用圆形简谐载荷作用下的Biot固结方程的基本解和桩土之间的变形协调条件得到饱和土中群桩的第二类Fredholm积分方程,群桩的动力阻抗采用动力相互作用因子的方法。分析桩距等参数对群桩阻抗、轴力和孔压等的影响。本文的方法可以用于计算层状饱和土中群桩的动力反应问题。     

Dynamic torsional response of pre-strained end bearing pile embedded in pre-strained isotropic saturated soil medium

The influence of initial strain state on the dynamic response of an end bearing pile embedded in isotropic saturated soil is investigated through the linearized theory of small elastic perturbation superposed on largely stressed bodies. The governing equations for soil, based on Blot＇s poroelasticity theory, are derived in the cylindrical coordinates, and the pile is modeled by using the one-dimensional elastic theory. The analytical solutions of pile impedance, frequency response of both twist angle and time history of velocity response are obtained by using of separation of variables technique. Finally, a parametric study of the influence of initial strains on the torsional impedance, twist angle, and velocity response at the top of the pile is carried out.     

Dynamic interaction between elastic thick circular plate and transversely isotropic saturated soil ground

IntroductionThe vibration of the plate on the porous saturated building foundation is a complicateddynamic contact problem.Its consideration is very important in both earthquake and geo-technical engineering.Lots of research works have been done in recent…     

近距侧爆情况下马蹄形隧道动态响应特点的研究

在数值模拟和动光弹试验研究的基础上 ,对马蹄形隧道在邻近爆破作用下的动态响应特点进行了分析 ,并在综合考虑入射应力波波长、隧道直径、爆源与隧道的相对距离的基础上 ,提出了隧道迎爆一侧的动应力集中因子的近似确定方法 ,为今后邻近隧道的爆破施工安全提供了有益的参考。     

Photoelastic simulation of the stress wave field around a tunnel in an anisotropic rock mass subject to shock load

The stress wave field around a tunnel in an anisotropic medium subject to shock load is analyzed using the dynamic photoelastic method. The influence of various factors on the distribution and magnitude of boundary stresses around the tunnel are studied by simulating the deformation process. The time dependence of the dynamic stress concentration factor on the tunnel walls is established __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 42, No. 8, pp. 122–125, August 2006.     

地震波倾斜入射下两相饱和土层响应数值模拟

基于Biot两相饱和多孔介质理论建立了频域内饱和土层的刚度矩阵,对从基岩倾斜入射地震波下饱和土层的波动响应进行了数值研究,入射波采取修正的Kanai-Tajimi谱。通过土层地表面处的水平以及竖直放大系数研究了在不同工况条件下土层的波动响应,研究结果表明,土层的波动响应在入射角接近临界入射角时达到峰值;土层的波动响应随着基岩埋深基以及土层阻尼比的增大显著减小;而土层与基岩的波速比对土层的波动响应的影响存在临界波速比,使土层响应达到极值。对于含有夹层的地质环境,研究了波动响应沿深度的分布,通过与均质土层下响应对比,显示非均质夹层能显著减小土层地表处的波动响应,尤其软夹层能较好地阻止入射波向上的传播。     

弯曲波对含多圆孔薄板的散射与动应力集中

采用复变函数法和多极坐标方法,研究了弯曲波对含有多圆孔薄板的散射问题。通过板的弯曲波动方程和内力方程的推导,求出在入射弯曲波条件下该问题的一般解的函数逼近序列和边界条件的表达式。用展开正交函数的方法将待解的问题归结为对一组无穷代数方程组的求解。最后,给出了含3圆孔薄板的孔边动应力集中系数的结果,并分析了孔间距和波数对动应力分布的影响。