[博士]饱和土中非连续屏障对弹性波的隔离

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标签：岩土毕业设计饱和土 Biot波动理论弹性波博士

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内容简介

[博士]饱和土中非连续屏障对弹性波的隔离
　　学科专业：岩土工程
　　授予学位：博士
　　学位授予单位：浙江大学建筑工程学院
　　学位年度：2008
　　单相弹性土体中的振动隔离问题很早就被注意并加以研究，但饱和土体中的振动隔离问题少有文献报道．随着现代工业的迅速发展和城市规模的日益扩大，机器基础、交通荷载、爆破和打桩施工等活动的场所也从弹性地基扩展到饱和土地基，使得振动对周围环境的影响日益显著．因此，研究如何阻止或减小饱和土体中振动的传播，使其对周围地区的不利影响降至最低，不仅可为深入揭示饱和土中屏障和振动波作用机理提供有力的手段，同时在工程上也有重要的应用价值．
　　本文首先在Blot波动理论的基础上，考虑饱和土体中快纵波、慢纵波和横波的作用，利用圆柱波势函数推导出单个圆柱体对倾斜入射弹性波的散射方程，并给出了背向散射谱和总散射截面积的计算公式．数值计算结果表明，饱和土渗透性对背向散射谱影响较大；随着倾斜入射角的增大，总散射截面积在减小．
　　其次，分别采用刚性和弹性排桩作为屏障，对全空间饱和土中排桩对平面纵波和横波的隔离问题进行了研究．使用波函数展开法，利用一组圆柱坐标系统和Graft加法转换定理，将散射波势函数的表达式变换到同一个坐标系。通过施加问题的连续条件和平衡条件，利用三角函数的正交性以及不同阶三角函数线性无关的性质，得到问题的解。结果表明随着饱和土体渗透性降低，排桩对横波的隔离效果越好；排桩隔离效果在饱和土与相应的弹性土中差异较大．
　　然后对排桩后饱和土体竖向(与桩轴线方向一致)位移衰减进行了研究，使用坐标转换和加法转换定理，通过施加桩土界面处的应力和位移连续的边界条件，求得弹性波倾斜入射时散射波势函数的待定系数，进而得到排桩后相应位置处的土体位移。计算结果表明桩土弹性模量比变化对竖向位移衰减有较大影响，但饱和土渗透性对其影响较小．
　　最后采用不考虑固-液惯性耦合效应的饱和土波动方程，将桩视为欧拉-柏努力梁，根据求出的饱和半空间中瑞利波的膨胀和旋转势函数表达式，将散射瑞利波势函数表达式用一组圆柱坐标系统进行转换，通过施加桩顶和桩底的边界条件以及桩的动力平衡条件，使用复数域内的最小二乘法得到问题的近似解．数值分析结果表明在饱和土中瑞利波作用下，土体渗透性对排桩隔离效果的影响与模波作用时情况不同，排桩的存在可以显著减小入射瑞利波引起的孔隙水压力．
　　

[博士]饱和土中非连续屏障对弹性波的隔离