非饱和土半空间表面在垂直集中力作用下的Lamb问题

以多孔介质混合物理论为基础,同时引入土体双变量本构关系,得到了非饱和土中的一组动力控制方程。利用Hankel积分变换方法,直接对频域内的波动方程进行求解,得到了轴对称情况下土体骨架位移及应力分量在变换域内的解。在此基础上研究了非饱和土半空间体在垂直集中力作用下的动力响应,给出了Lamb问题积分形式解。当不计土中水、气的存在时,上述结果退化到单相弹性半空间中的经典Lamb解。通过数值计算分析,进一步研究了各物理参数对地基动力响应的影响规律。     

饱和地基竖向振动的衰减特性

基于第一作者提出的弹性波动方程 ,研究了匀质弹性饱和地基的 Lamb问题 .考虑线源和点源两种情形 ,通过 Fourier变换和 Hankel变换 ,导出了 Lamb问题的积分形式解 .通过算例研究了该积分形式解数值实施的可行性 ,给出了地基表面竖向位移的衰减曲线 ,并由此考察了土的渗透性以及激振频率对它的影响     

平面P波在饱和半空间中凹陷地形周围的散射规律

对平面P波在饱和半空间中凹陷地形周围的散射规律进行了研究,分析了入射波频率、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等对散射的影响.研究表明,饱和情况(透水或不透水)与干土情况凹陷地形附近地表位移的差别很大,饱和情况与干土情况的地表位移出现相位漂移,饱和情况地表位移波长相对较大.当孔隙率较低时,边界渗透条件对地表位移幅值的影响很小,而当孔隙率较大时,边界渗透条件的影响则不可忽视:在不透水情况下,水平和竖向地表位移幅值的峰值均相对较大.随着入射频率的升高,孔隙率的影响逐渐增大,而且不透水情况下孔隙率的影响相对较大.随着泊松比的增大,水平位移幅值逐渐减小,竖向位移幅值则逐渐增大.泊松比较小时,边界渗透条件对位移幅值的影响较大;泊松比较大时,边界渗透条件对位移幅值的影响则较小.随着入射频率的升高,泊松比的影响逐渐增大.当孔隙率较小时,孔隙水压幅值较小但空间变化比较剧烈;随着孔隙率的增大,孔隙水压逐渐增大但空间变化逐渐平缓.当孔隙率达到临界状态时,孔隙水压显著增大;这与SV波入射情况完全不同.当入射频率较高时,孔隙水压幅值较大,且孔隙水压的空间变化比较复杂.     

基于非局部Biot理论的平面波作用下饱和地基动力响应

为探究孔隙尺寸效应对饱和土地基动力响应的影响,基于非局部-Biot理论,构建了P波及SV波作用下饱和土地基表面动力响应的计算模型.采用波函数展开法,求解了地表位移及应力的解析解.分析了孔隙尺寸(以非局部参数描述)、入射波频率及入射角对地表位移及应力响应的影响.结果表明:低频下,非局部Biot理论计算结果与经典Biot理论计算结果基本一致;高频时,地表位移及应力随非局部参数变化较为明显,即高频率下,孔隙尺寸效应对地表响应影响不可忽略.入射波频率对地表响应的影响与孔隙尺寸有关,孔隙越大,频率影响越为显著.相同幅值的P波及SV波作用下,SV波引起的地表动力响应大于P波,且SV波在入射角为45°时发生全反射.研究成果可为半空间饱和土中波动问题的研究提供借鉴.     

砂土层中钢管桩高频振动贯入效率模型试验

针对钢管桩高频振动沉桩效率的影响因素研究不够系统的问题,通过砂土层中钢管桩高频振动沉桩室内模型试验,研究了不同激振力和激振频率工况下,钢管桩在不同密实度及饱和度砂土中的沉桩位移,分析了砂土层中钢管桩高频振动沉桩效率的影响因素。研究结果表明:干砂中,相对密实度为30%的沉桩位移大于相对密实度为50%的沉桩位移;当激振频率为40 Hz时,干砂中沉桩位移均达到最小值。湿砂中,饱和度为70%时的沉桩位移大于饱和度为50%时的沉桩位移;当激振频率为50 Hz时,湿砂中沉桩位移均达到最小值。增大电压峰值,钢管桩在干砂和湿砂中的贯入效率有部分提高。     

2.5维有限元分析高铁荷载诱发非饱和土地面振动

开发一种非饱和地基2.5维有限单元方法研究高速列车荷载引起的地面振动.对时间进行Fourier变换并沿轨道方向进行波数变换将三维空间问题降为二维平面问题,结合边界条件和Galerkin法推导控制方程2.5维有限元格式.轨道结构视为非饱和地基上的Euler梁,所得频域-波数域内解答通过快速Fourier逆变换得到三维时域-空间域内结果.分析了车速和路基液体饱和度对地面振动及超静孔隙水压力的影响.结果表明,路基从完全饱和转为近饱和状态轨道中心处地面振动位移幅值变化显著;非饱和路基地面振动位移随时间衰减更快.距轨道中心8 m远处,同一速度下饱和路基路面振动持时大于非饱和路基;车速提高非饱和土振动持续时间变短,而饱和土地面振动持时变长.近轨道处200 km·h~(-1)下地面振动位移幅值大于其他速度且均以相当速率快速衰减;地面振动加速度级在某些车速下的衰减会出现反弹增大现象,其位置与车速密切相关.轨道中心处超静孔隙水压力主要分布在地表下4.5 m内,最大幅值出现在1.5～2.0 m深,且随路基饱和度降低显著减小.     

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%.     

旋转激励环境下摩擦力测试实验装置设计与实验

为了研究平面接触条件下摩擦力在旋转激励环境下的变化,设计了旋转激励环境下摩擦力测试实验装置,并进行了旋转激励载荷对钢-钢平面接触摩擦力的影响实验.该实验装置能够对激振力和激振频率进行精确调节,实现分别研究激振力和激振频率对平面接触摩擦力的影响.对钢-钢平面接触摩擦力的实验表明,相同激振频率下,随着激振力的增大,钢-钢平面接触摩擦力不断减小,且二者成近似线性变化趋势,当激振力达到39.9 N时,钢-钢平面接触摩擦力平均减小88.2%.相同激振力幅值下,随着激振频率的增大,摩擦力整体亦呈现减小的趋势,激振力越大,摩擦力减小越快,激振力幅值对钢-钢平面接触摩擦力影响较大,激振频率次之.     

完整桩瞬态纵向振动的参数影响分析

基于完整桩瞬态纵向振动模型的数值分析,表明土参数、桩参数和激振力参数都对桩的动力响应发生影响.对未入土的桩,桩顶振速曲线上反射与入射幅值比为2;对土中的桩,若桩周土剪切模量、桩长、激振力作用时间增加,或桩径和桩弹性模量减小,都使得这个比值减小;当桩底土剪切模量与桩弹性模量之比小于0.01时,桩底反射与入射同相位,当这个比大于0.1时,桩底反射与入射反相位.     

振动沉桩过程“跳机”现象动力学特性

为了找出振动桩锤在沉桩作业过程中产生“跳机”现象的根本原因,从而采取有效措施解决“跳机”这一工程实际问题,从非线性振动力学的角度出发,建立二自由度分段非线性振动桩-土动力学模型,基于数值积分方法,采用四阶龙格-库塔法运算程序进行数值仿真,研究激振频率、地基土的刚度、激振器上下层偏心块的相位差对振动沉桩动力学特性的影响.结果表明:引起桩端与土有脱离的因素主要是激振力和地基土的刚度,激振力和地基土的刚度越大,则桩端与土脱离的程度越严重;当桩端与土没有脱离时,桩和机架的振动频率与激振频率相等,而在桩端与土有脱离时,机架的振动频率将小于激振频率,桩的振动频率也略有降低,当机架频率降低至一定范围时就会出现“跳机”现象.消除“跳机”现象的措施主要是减小激振力,可以通过适当降低激振频率、减小偏心力矩、增大激振器上下层偏心块相位差的方法实现.     

Stable response of axisymmetric two-phase water-saturated soil

Biot's dynamic consolidation equations and Hankel transform were used to derive the integral solutions of stress and displacement for axisymmetric harmonic excitations in the two-phase saturated soil with subjacent rock-stratum. The influence of the coefficient of permeability and loading frequency on the soil displacement at the ground surface were studied. The results showed that higher loading frequency led to more dynamic characteristics; and that the effect of the soil permeability was more obvious at higher frequencies.     

饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解

根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移,其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好．所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段．     

考虑基岩作用的圆形粘弹性地基振动分析

针对Merchant粘弹性本构模型，从轴对称饱和地基动力方程出发，运用Hankel积分变换，研究了粘弹性地基的竖向振动问题，获得了位移、应力、孔隙水压力及渗流量的积分形式解．并由此结合数值算例，讨论了粘弹性地基受动力荷载作用的振动特性．结果表明：地基竖向振幅沿半径呈波动衰减，粘弹性土体竖向振幅随半径变化要比弹性土体的小．     

非轴对称荷载下考虑流体流速的饱和土稳态动力响应

由于饱和土中流固耦合，饱和土的动力问题不但要考虑土骨架的运动，而且还要考虑流体的运动．对此，不忽略流体相对于土骨架运动的惯性项，应用Hankel积分变换方法，对Biot波动方程逐次解耦后直接求解得通解；根据通解和半空间内部或表面作用水平力时的边界条件和作用面上的连续条件，求得边值问题的解；对边值问题的解进行相应的Hankel逆变换，就可求得应力、应变、位移、孔压等．最后给出了Hankel逆变换的数值方法．     

伊朗德伊高铁沿线高中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性

为了探究高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性,依托伊朗德黑兰至伊斯法罕高速铁路项目,通过沿线盐渍土地基的现场浸水载荷试验与原位渗透试验,结合室内重塑盐渍土试验结果,对高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性进行研究分析。试验结果表明:中溶盐的含量对盐渍土渗透特性起着显著的影响,高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透溶滤变形主要由渗流场作用下石膏结晶颗粒遇水软化崩塌造成,与级配相似且中溶盐含量较低的盐渍土相比渗透系数均有大幅度降低;中溶盐含量越高,在荷载作用下渗透系数减小越明显;盐渍土粗颗粒所起的骨架作用越强烈,浸水过程中中溶盐含量对地基土的渗透特性的影响作用越不明显;对于不同颗粒粒径的盐渍土,在1%、3%、5%等不同中溶盐含量的范围内随着其含量的变化,渗透系数变化规律也不同;中溶盐含量超过一定范围时,呈现出中溶盐对盐渍土渗透性具有抑制作用的特征;中溶盐含量越低,易溶盐含量对其渗透性影响越显著。可见盐渍土颗粒粒径、中溶盐含量以及易溶盐含量对其渗透特性影响显著。     

非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学响应

为了研究非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学性质,进行了非饱和粗、细颗粒混合土动三轴的离散元数值分析。根据室内动三轴试验结果标定PFC2D接触模型参数,进行非饱和粗、细颗粒混合土动三轴离散元模拟,分析其细观力学机理。结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果曲线拟合度基本一致,能较好地反映非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下力学特征。相同含水率条件下,粗、细颗粒混合土的累积动应变随动应力幅值的增加而增大;随围压的增加先小幅度增大后再大幅度减小。孔隙度随动应力幅值的增大而减小;随围压的增大也减小。试样颗粒在剪切过程中,上下端运动速度最大,整体呈现对称递减状,中部运动速度最小。     

广义Gibson地基内部作用线源荷载的基本解

针对广义Gibson地基在埋藏线源荷载作用下的静力学问题,通过将内源线荷载等效为在相同深度范围内连续的集中点荷载的累加,采用Hankel积分变换方法,再结合具体的边界条件,推导得到地基土体在内源点荷载作用下的Hankel变换域中的解,并利用Hankel逆变换将变换域内的解转换为物理域内的积分形式解。然后对该解沿深度方向积分求得了地基土体在三种沿深度分布线荷载作用下的竖向位移解,并对地基内部沿深度分布线源荷载作用下地基表面土体变形问题通过具体算例,运用数值积分计算方法,分析了地基土体的非均质性、荷载分布深度等因素对地基表面土体竖向位移的影响。结果表明:①地基土体的非均质性对地基表面竖向位移有较大影响,相对而言,线源荷载竖向分布深度及荷载分布形式对地表竖向位移的影响较小,且地表竖向位移主要受浅层荷载的影响;②荷载分布深度对地表位移的影响主要体现在土体非均质性较小情况下,且在荷载沿深度减小分布时最为显著。     

无限长条各向异性功能梯度材料运动裂纹

利用其材料剪切模量和密度的指数模型，通过Fourier积分变换导出无限长条各向异性功能梯度材料约束边界反平面Yoffe问题的对偶积分方程，利用Jacobi多项式将位移展开成级数形式，并采用Schmidt数值方法计算出了裂纹尖端的应力强度因子的动态半解析解和数值解，得出了裂纹运动速度、梯度参数、长条高度及不均匀系数对动态应力强度因子的影响。结果表明：材料的剪切模量在厚度上的变化和材料的不均匀系数对动应力强度因子具有较大的影响。