飽和地基中Rayleigh波的傳播與屏障隔振研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，各種人工振動(dòng)污染日益頻繁，對(duì)鄰近建筑物、精密儀器設(shè)備以及人們的生活影響越來越嚴(yán)重。對(duì)各種人工振動(dòng)污染的治理，就成為當(dāng)前急需解決的重要課題之一。屏障隔振是振動(dòng)污染治理的一種有效方法，被廣泛的應(yīng)用到工程實(shí)際中。但目前關(guān)于屏障隔振的研究局限于彈性地基的條件，而對(duì)于飽和地基中的隔振問題則鮮有涉及。本文基于以薄層法基本解作為動(dòng)力Green函數(shù)的飽和土半解析邊界元法，對(duì)飽和地基中的連續(xù)屏障(空溝、填充溝)和非連續(xù)屏障(排孔、排樁)的

2、遠(yuǎn)場隔振效果進(jìn)行了計(jì)算分析，主要內(nèi)容有： (1)基于飽和多孔介質(zhì)的Biot波動(dòng)方程，采用勢函數(shù)法求解了飽和地基中Rayleigh波的解答，作為屏障遠(yuǎn)場隔振問題的基本輸入：此外，采用積分變換法得到飽和半空間表面位移積分解答，并在復(fù)波數(shù)域平面內(nèi)進(jìn)行圍道積分，得到了線源和點(diǎn)源荷載下半空間表面的Rayleigh波位移解答，分析了Rayleigh波的近源場的傳播特性。 (2)基于薄層法原理推導(dǎo)了飽和層狀地基的二維、三維動(dòng)力基本解答

3、，為降低薄層法的計(jì)算深度，提高計(jì)算效率，對(duì)飽和半空間的剛度矩陣進(jìn)行二階Taylor級(jí)數(shù)展開，得到了飽和土的旁軸邊界作為薄層法的底部邊界；基于飽和土頻域邊界元法，建立了以薄層法基本解作為動(dòng)力Green函數(shù)的飽和土半解析邊界元法，在求解屏障隔振問題時(shí)，僅需要在屏障——飽和土交界面上進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，從而降低了?jì)算工作量，提高了計(jì)算效率。 (3)在飽和土半解析邊界元法的基礎(chǔ)上，建立了飽和地基中空溝、彈性填充溝和飽和填充溝的二維邊界元方程，

4、對(duì)連續(xù)屏障的遠(yuǎn)場隔振問題進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析。分析結(jié)果表明：在飽和地基中設(shè)置空溝、填充溝能夠有效的降低屏障后的位移振幅。空溝深度對(duì)空溝隔振效果影響較大，但超過1個(gè)Rayleigh波長后其影響不大，而空溝寬度的影響相對(duì)較??；不排水泊松比對(duì)空溝隔振效果影響較大，其它材料參數(shù)影響相對(duì)較小。對(duì)于彈性填充溝，填充溝的深度和寬度對(duì)剛性屏障的隔振效果影響較大，而對(duì)于柔性屏障的影響較為復(fù)雜；提高(剛性屏障)或降低(柔性屏障)屏障剪切模量能夠相應(yīng)的提高屏

5、障隔振效果，而屏障的泊松比對(duì)隔振效果基本無影響。對(duì)于飽和填充溝，增加填充溝的寬度和深度能夠有效的提高剛性屏障的隔振效果，而對(duì)柔性屏障其影響較為復(fù)雜；此外，屏障剪切模量的影響與彈性填充溝類似，屏障的不排水泊松比對(duì)剛性屏障影響較小，而對(duì)柔性屏障影響較大，其它材料參數(shù)對(duì)隔振效果影響均較小。 (4)建立了飽和地基中排孔、排樁遠(yuǎn)場隔振問題的三維邊界元計(jì)算模型，對(duì)非連續(xù)屏障的遠(yuǎn)場隔振問題進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析。分析結(jié)果表明：在飽和地基中設(shè)置單

6、排孔能夠降低屏障后的位移振幅，但其隔振效果較差；單排樁和兩排樁均能有效的降低屏障后的位移振幅。對(duì)于單排孔隔振而言，孔深、孔間距、孔徑和孔數(shù)對(duì)隔振效果均有較大影響，而地基的滲透系數(shù)對(duì)隔振效果也有一定影響。對(duì)于單排樁隔振問題，增加樁長和樁徑、降低樁間距、增大剪切模量均能有效提高剛性屏障的隔振效果，而柔性屏障的隔振效果不佳。對(duì)于多排樁隔振，其隔振效果要好于單排樁，樁間凈距對(duì)多排樁隔振效果的影響較排間距大，對(duì)多排樁隔振效果起控制作用。