地下圆形衬砌洞室对SV及Rayleigh波的动应力集中(II):数值结果

为了解决在入射平面SV波和Rayleigh波作用下地下圆形衬砌洞室的动应力集中问题,利用文献[5]的级数解,分析了衬砌刚度、入射波长、入射角度诸因素对动应力集中系数(DSCF)的影响。数值结果表明:(1)衬砌刚度对DSCF有重要影响,柔性衬砌情况DSCF最小,刚性衬砌情况的最大;环向与轴向DSCF最大可分别达到32.31与16.12;(2)入射频率和入射角度对DSCF也有很大影响。     

地震动多角度斜入射下无压隧洞地震响应分析

为研究地震动多角度倾斜入射下无压水工隧洞动力响应特征和规律,采用黏弹性人工边界模拟无限地基的辐射阻尼和弹性恢复力,将地震动转化为人工边界节点上的节点力,以实现地震动的非一致性输入.通过ABAQUS建立水工隧洞模型,将不同入射角度P波、SV波输入模型中,分析隧洞衬砌结构的环向应力、径向应力随地震动入射角度、缩放系数、隧洞埋深、洞身直径以及衬砌厚度的变化.结果表明,同一地震动入射倾角下,随着入射方位角的增大,环向应力逐渐减小,径向应力逐渐增大.地震动峰值加速度（Peak Ground Acceleration,PGA）显著影响衬砌结构应力,并且应力数值随PGA的变化呈整数倍增大;随着隧洞埋深由浅埋向中埋、深埋发展,隧洞应力先逐渐增大后减小,后趋于稳定;随着洞身直径的增大,环向、径向应力分别受P波、SV波影响,洞身直径每增加2 m,环向、径向应力分别增大约16%、21%;衬砌厚度每增加0.1 m,径向应力降低10%左右,当地震波垂直隧洞轴线入射时,衬砌厚度超过1.0 m后,对应力的影响效果减弱.     

地下洞室动应力集中系数分布规律

为了能够给平面爆炸应力波作用下地下洞室加固,利用试验和理论研究了在平面应力波的作用下,地下洞室动应力集中系数分布规律。结果表明:当洞室受到拱顶正上方平面波作用时,洞壁各个位置都是产生压应变,拱顶至侧墙底部动应力集中系数先增加后减少,最大在拱脚处。当入射方向从拱顶向左侧偏移至水平方向,迎爆侧和其背爆侧动应力集中系数较小,与迎爆方向垂直的方向动应力集中系数较大,并且入射方向两侧的高应力集中系数的作用范围随着入射角度变化而不同,动应力集中系数也逐渐不以应力波的入射方向对称。这将对实际工程进行抗爆设计非常有意义。     

地下圆形衬砌洞室在平面P波和SV波入射下动应力集中问题的级数解

利用Fourier-Bessel级数展开法，研究了平面P波和SV波入射情况下，圆形衬砌洞室的动应力集中问题，并给出了其级数解．数值结果表明。衬砌刚度对动应力集中系数具有重要影响，刚性衬砌、无衬砌和柔性衬砌三种情况的动应力集中系数在空间上的分布相同，但刚性衬砌情况的动应力集中系数最大，无衬砌情况次之，柔性衬砌情况最小；随着入射频率的增大，动应力集中系数的空间变化由简单逐渐变得复杂，动应力集中系数在多数情况下逐渐减小；波入射角度对动应力集中系数也有很大影响．     

平面SH波入射下深埋圆形组合衬砌洞室的动力反应分析

利用波函数展开法,研究平面SH波入射下,深埋圆形组合衬砌洞室的动力反应问题.利用得到的级数解和数学应用软件MathCAD编写计算机程序,讨论了入射波频率、组合衬砌结构的厚度比、弹性模量、泊松比、密度等因素对围岩和衬砌结构动应力集中系数的影响.结果表明组合衬砌确实能有效地发挥围岩的自承能力,降低衬砌结构的动应力集中,且在低频入射时效果显著.     

地下衬砌洞室群在平面SV波入射下的动应力分析

采用波函数展开法给出了半空间中衬砌洞室群在平面SV波入射下动应力集中问题的一个级数解析解,在满足一定的精度要求下,对无穷级数进行截断数值计算,衬砌分为刚性衬砌、无衬砌、柔性衬砌三种,计算结果表明:洞室问距对动应力集中系数具有重要影响,当洞室之间距离较近时,洞室之间的相互作用对地下洞室群的动应力集中具有显著的放大作用,动应力集中系数可能达到单个洞室的2倍以上;衬砌刚度对动应力集中问题也具有显著的影响,其中,刚性衬砌的动应力集中系数最大,无衬砌次之,柔性衬砌最小;随着入射波频率的增大,动应力集中系数的空间分布逐渐趋于复杂化.     

箱梁底板孔洞处拉压波散射作用下动应力集中的解析解

基于拉压振动精确方程,针对持续波动力作用下箱梁底板孔洞处拉压波散射引起的动应力集中问题,采用复变函数法和保角映射法导出箱梁底板的拉压波动方程,给出孔洞处动应力集中系数的完备解.算例分析入射波波数、孔径与板厚比和孔间距对动应力集中系数的影响规律.研究表明:当开孔间距较小时,动应力集中系数变化剧烈;孔径与板厚比波动过大时,动应力集中系数有明显变化;入射波波数越低,动应力集中系数越大,随入射波波数变化后逐渐趋于稳定值1.     

地震动入射角度对盆地地震响应的影响

为了研究不同入射角度地震动作用下盆地地表地震响应,基于ABAQUS软件显式有限元计算平台,针对某一45°坡角的盆地,以狄拉克脉冲作为输入SV波,探讨了地震波倾斜入射角度改变时盆地地表峰值位移(PGD)等的变化特征.结果表明:入射波作用角度由0°,5°,10°,15°,20°,25°,30°依次增加时,盆地地表PGD表现出先增大后减小的趋势;当入射角度为10°时,地表PGD达到最大值,为输入地震波位移幅值的7.69倍,说明若按垂直入射进行地震响应分析所得结果将偏于不安全;较垂直入射情形,地震波倾斜入射时盆地表现出更为显著的边缘效应,边缘PGD最大值约为盆地中心PGD的1.3倍;地震动响应聚焦区域会随入射角度的增大逐渐向盆地右侧偏移.     

地震P波作用下饱和土中考虑剪切与转动变形的衬砌结构动力响应分析

对隧洞周边土体采用饱和土Biot理论,隧洞衬砌采用考虑剪切和转动变形的曲线梁振动理论,分析地震P波作用下饱和土体中圆形隧洞衬砌的动力响应问题。对于饱和土体中的散射波场采用波函数展开法求解,对曲线梁的振动控制微分方程采用一般化的微分求积法(GDQM)求解。由饱和土体与衬砌接触处的位移协调条件,采用最小二乘法确定波函数未知系数项。计算结果表明:当入射波频率较低时,衬砌结构的入射面与背对面的动力响应几乎是对称的;随着入射频率的增加,衬砌结构的入射面与背对面不再具有对称性,且衬砌结构入射面的动力响应要大于背对面的动力响应。     

地下圆形衬砌洞室对SH波的散射(Ⅱ):数值结果

针对地下圆形衬砌洞室对入射平面SH波的散射问题.采用波函数展开法求解出其三维级数解,利用其级数解,定量分析了入射波长、入射角度、洞室直径、衬砌刚度等因素对洞室附近地震动的影响.结果表明:入射波的频率η对位移幅值有重要的影响,当入射频率较高时,水平和轴向地表位移幅值可以分别达到无洞室情况的7.8和1.6倍以上;入射角度和衬砌刚度对地表位移幅值也有较大影响,随着波入射角度δ2的增加,位移幅值逐渐减小,衬砌情况下半空间表面x与z方向位移幅值与无衬砌情况相比分别高出了62.38%和58.42%.     

K(n,-n,2n)方程的行波解

利用动力系统分支理论和定性理论研究了$K(n,-n,2n)$方程的行波解及其动力学性质. 结合可积系统的特点, 得到系统的孤立行波解,不可数无穷多光滑周期行波解和不光滑行波解;并根据行波解与相轨线间关系,揭示了不同类型行波解间转变与参数变化的关系.     

随机波浪对浪溅区三维结构物冲击作用试验研究

通过物理模型试验研究了随机波浪对位于浪溅区三维结构物的冲击作用.试验波浪为单向随机波.试验中波浪分别从正向(波向角β＝0°)和斜向(β＝15°、30°、45°)入射,入射波波高H1/3=7.5～20 cm,谱峰周期Tp=0.75～2.0 s,模型相对净空s与入射波高H1/3之比为0～0.5.对不同试验组次试验数据的统计分析比较得出:正向波和斜向波作用于结构物底面的冲击压力特征值,中部大、周围小;波浪冲击压力等值线基本上垂直对称分布于波向线两侧;结构物所受波浪冲击力随入射波波高增大而增大,对应相对板宽的变化出现2个峰值,在相对净空s/H1/3为0.1和0.2时到达最大值.     

摇板式造波机性能实验研究

通过改进后的水池造波系统对工程中常用的规则波和二维非规则波浪的模拟试验，研究了该造波系统的最大造波能力、波浪总谐波变形以及对随机波浪谱的模拟精度等波浪模拟性能．测试数据表明，该造波机控制系统经过技术改进，恢复了二维规则波的模拟功能，提高了造波品质，完全满足船模耐波性试验的要求，可应用于实际工程项目之中。     

单一过程波浪变形和爬高试验研究

为计算浅水区和破碎带内波浪变形的数学模型提供验证数据,介绍了关于孤立波和单波群（这里统称为单一过程波浪）的变形和爬高的试验研究成果。这些数据是水槽试验无法得到的,试验结果有可能引起本领域内科研工作者们的兴趣。     

一个非线性Drinfeld-Sokolov系统的行波解分支

用动力系统分支理论研究一个非线性Drin feld-Sokolov系统,证明该系统存在扭子波、反扭子波、孤立波和无穷多光滑周期波解,获得在不同参数条件下上述解存在的充分条件及其精确表达式.     

波在非均匀媒质中传播时的解

该文从声场方程出发推导出波在非均匀媒质中传播时的波动方程,并利用WKB近似法得出声波在空气中传播时波函数的表达形式,为研究声波在非均匀媒质中的传播提供了一种近似解。     

广义水波方程组行波解的分支

应用动力系统分支理论,研究广义水波方程组行波解的分支.在固定的参数条件下给出广义水波方程组的孤立波、扭结(反扭结)波解的精确表达式,并证明该方程组存在不可数无穷多个周期波解.     

柱坐标系下修正弹性应力波理论及数值分析

指出了传统的波动理论存在的一些局限性和不足。给出了修正弹性应力波理论的建立推导过程。完成了波动方程从张量状态到柱坐标系下的转换过程,得到了柱坐标系下的波动方程。建立了波动变量在加载面上与载荷及速度的关系,应力波在自由面上发生反射时边界条件对波动变量的影响。通过使用Matlab编程计算了应力波在几何模型为z方向无限长的空心圆柱结构中的传播过程以及应力波在遇到边界时的反射情况。计算结果显示了应力波随时间在结构中的传播方式,应力波在加载面上会产生2个波,即体积波和形变波,遇到边界后会反射出2个波。同时体积波和形变波的第一部分复合在一起形成一个复合脉冲以相同的波速运动。     

上海海域风浪谱分析与研究

根据上海海域四个测点的11300多且实测波面记录，经初谱估计和分析，筛选出拟合样本280多个，并求得各测站的标准化平均样本谱及4个测站的综合平均样本谱。结果表明上海海域的风浪谱都呈现双峰谱型，且其低频部分的能量比重约为15％－20％。因此，经过多种拟合计算分析后认为：该海域拟采用JONSWAP谱与三参数谱联合或者五参数谱与三参数谱联合进行拟合较为合适，同时提出了适用于上海海域的双峰谱型及其相应参数，可作为上海海域沿海建筑物的不规则波设计的备选谱型，对我国其他类似海域也有一定的参考价值。     

半地转近似下正压大气中的非线性波动

本文在半地转近似下讨论了正压模式大气中的非线性 Rossby 波.结果表明:这些非线性 Rossby 波可以是椭圆函数形式的波、孤立波或冲击波;产生这些波动的条件是由一个称之为“总能量”的物理量给出的,同时还敏感地依赖于相应量的初相值;文中还求出了一支没有线性近似对应的新频率的非线性波解,它纯粹是非线性效应的产物.