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工程力学 2025年第2期42卷 153-163页

作者：马强黄业禹周凤玺曹小林青海大学土木工程学院西宁810016 青海省建筑节能材料与工程安全重点实验室西宁810016 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

根据非饱和多孔介质理论,建立了二维层状非饱和土地基的计算模型,研究了移动荷载作用下层状非饱和土体的动力响应问题。通过Fourier变换和Helmholtz矢量分解原理,采用传递、反射矩阵(TRM)法,结合边界及层间连续条件推导获得了二维层状... 详细信息

根据非饱和多孔介质理论,建立了二维层状非饱和土地基的计算模型,研究了移动荷载作用下层状非饱和土体的动力响应问题。通过Fourier变换和Helmholtz矢量分解原理,采用传递、反射矩阵(TRM)法,结合边界及层间连续条件推导获得了二维层状非饱和土地基在频域中的动力响应解答,并利用Fourier逆变换得到了层状非饱和土体中位移、应力和孔隙压力的数值解。通过数值算例分析讨论了均质土、软夹层和硬夹层三种层状地基中荷载移动速度、土层剪切模量、饱和度和荷载频率对其动力响应的影响规律。研究结果表明:层状非饱和土地基中当荷载移动速度接近非饱和土地基中Rayleigh波速时会引起土体产生共振,地表竖向位移迅速增大到峰值;层状非饱和土地基中土层的排列次序对地表位移影响显著,与均质土地基相比,硬夹层地基的地表竖向位移大,而软夹层地基的地表竖向位移小;饱和度对层状非饱和土地基动力响应影响显著;随着荷载频率的增大,三种层状地基的位移沿水平距离方向呈现出明显波动性。

关键词：层状地基非饱和土移动荷载动力响应传递、反射矩阵法

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移动荷载下非均匀非饱和土的动力响应分析

移动荷载下非均匀非饱和土的动力响应分析

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作者：黄业禹青海大学

学位级别：硕士

高铁路网纵横交织,交通驶入高质量发展的快车道。高速铁路和汽车交通等的发展引起的地基振动问题越发受到社会关注,因此研究移动荷载作用下地基动力响应问题更具理论价值。以往对单相弹性地基、饱和土地基的动力响应分析已取得很多重要... 详细信息

高铁路网纵横交织,交通驶入高质量发展的快车道。高速铁路和汽车交通等的发展引起的地基振动问题越发受到社会关注,因此研究移动荷载作用下地基动力响应问题更具理论价值。以往对单相弹性地基、饱和土地基的动力响应分析已取得很多重要成果,然而多数土体是由三相组成的复杂介质,建筑工程中绝大多数建筑物都承载在非饱和土之上。现阶段对地基动力响应行为的研究是基于土体是各向同性和均匀的假设,但由于地质的沉积作用,大多数地基都是由不同参数的成层地基构成,具有成层非均匀性,且在移动荷载作用下存在多相耦合作用,使其动力响应分析变得更为复杂。因此,本文根据非饱和多孔介质理论,建立了移动荷载作用下的问题数学模型,研究了移动荷载作用下非均匀非饱和土的动力响应规律。主要工作如下:(1)基于多孔介质混合物理论的研究成果,考虑土颗粒、孔隙流体的压缩性及各相间的黏性、惯性耦合作用,推导了非饱和土的动力控制方程。结合坐标变换,采用Fourier变换和Helmholtz矢量分解原理,求得了频域内非饱和土体位移、孔隙水压和孔隙气压的动力响应解答。通过Fourier逆变换得到了非饱和土体中位移、应力和孔隙压力的数值解。(2)建立了移动荷载下半空间的非饱和土地基模型,研究了移动荷载作用下非饱和土地基的动力响应规律。分析了荷载移动速度、饱和度等因素对非饱和土地基动力响应的影响规律。结果表明:地表竖向位移随饱和度和荷载移动速度的提高而增大;而孔隙水压和孔隙气压沿深度方向先增大后减小。(3)建立了移动荷载下非均匀非饱和土地基模型。考虑非饱和土地基的物理力学性质沿深度方向按幂函数变化,引入梯度表征地基的非均匀程度,利用回传射线矩阵法(RRMM)研究了移动荷载下非均匀地基的动力响应问题。讨论分析了地基非均匀程度、荷载移动速度对非均匀地基动力响应的影响规律。结果表明:地表水平位移和竖向位移随着梯度因子的增大随之降低,而孔隙水压和孔隙气压随之先增大后减小。地表水平位移、竖向位移、孔隙水压以及孔隙气压均随着移动速度的增大而增大。(4)建立了二维层状非饱和土地基的计算模型,研究了移动荷载作用下层状非饱和土地基的动力响应问题。采用传递矩阵法(TMM),结合边界及层间连续条件推导获得了层状非饱和土地基的刚度矩阵,求解了层状非饱和土地基在频域中的数值解。分别研究了上软下硬和上硬下软两种典型层状地基中荷载移动速度、表层土剪切模量以及饱和度对其动力响应的影响规律。研究结果表明:层状非饱和土地基中当荷载移动速度接近非饱和土地基中剪切波速时会引起土体产生共振,地表竖向位移迅速增大到峰值;层状非饱和土地基中土层的排列次序对地表位移影响显著,上软下硬地基的地表竖向位移要大于上硬下软地基中的地表竖向位移;饱和度对层状非饱和土地基动力响应影响显著,上软下硬地基和上硬下软地基中地表竖向位移均随表层土饱和度的增大而增大。(5)建立了二维层状非饱和土地基的计算模型,采用传递、反射矩阵(TRM)法,研究了移动荷载作用下层状非饱和土体的动力响应问题。讨论了均质土、软夹层和硬夹层三种层状地基中荷载移动速度、土层剪切模量、饱和度和荷载频率对其动力响应的影响规律。研究结果表明:层状非饱和土地基中当荷载移动速度接近非饱和土地基中Rayleigh波速时会引起土体产生共振,地表竖向位移迅速增大到峰值;层状非饱和土地基中土层的排列次序对地表位移影响显著,与均质土地基相比,硬夹层地基的地表竖向位移大,而软夹层地基的地表竖向位移小;饱和度对层状非饱和土地基动力响应影响显著;随着荷载频率的增大,三种层状地基的位移沿水平距离方向呈现出明显波动性。

关键词：非均匀土移动荷载动力响应层状地基回传射线矩阵法传递矩阵法传递、反射矩阵法

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