饱和地基中Rayleigh波的传播与屏障隔振研究

来源 :同济大学土木工程学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tgw
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随着社会的发展,各种人工振动污染日益频繁,对邻近建筑物、精密仪器设备以及人们的生活影响越来越严重。对各种人工振动污染的治理,就成为当前急需解决的重要课题之一。屏障隔振是振动污染治理的一种有效方法,被广泛的应用到工程实际中。但目前关于屏障隔振的研究局限于弹性地基的条件,而对于饱和地基中的隔振问题则鲜有涉及。本文基于以薄层法基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,对饱和地基中的连续屏障(空沟、填充沟)和非连续屏障(排孔、排桩)的远场隔振效果进行了计算分析,主要内容有: (1)基于饱和多孔介质的Biot波动方程,采用势函数法求解了饱和地基中Rayleigh波的解答,作为屏障远场隔振问题的基本输入:此外,采用积分变换法得到饱和半空间表面位移积分解答,并在复波数域平面内进行围道积分,得到了线源和点源荷载下半空间表面的Rayleigh波位移解答,分析了Rayleigh波的近源场的传播特性。 (2)基于薄层法原理推导了饱和层状地基的二维、三维动力基本解答,为降低薄层法的计算深度,提高计算效率,对饱和半空间的刚度矩阵进行二阶Taylor级数展开,得到了饱和土的旁轴边界作为薄层法的底部边界;基于饱和土频域边界元法,建立了以薄层法基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,在求解屏障隔振问题时,仅需要在屏障——饱和土交界面上进行单元划分,从而降低了计算工作量,提高了计算效率。 (3)在饱和土半解析边界元法的基础上,建立了饱和地基中空沟、弹性填充沟和饱和填充沟的二维边界元方程,对连续屏障的远场隔振问题进行了详细的参数分析。分析结果表明:在饱和地基中设置空沟、填充沟能够有效的降低屏障后的位移振幅。空沟深度对空沟隔振效果影响较大,但超过1个Rayleigh波长后其影响不大,而空沟宽度的影响相对较小;不排水泊松比对空沟隔振效果影响较大,其它材料参数影响相对较小。对于弹性填充沟,填充沟的深度和宽度对刚性屏障的隔振效果影响较大,而对于柔性屏障的影响较为复杂;提高(刚性屏障)或降低(柔性屏障)屏障剪切模量能够相应的提高屏障隔振效果,而屏障的泊松比对隔振效果基本无影响。对于饱和填充沟,增加填充沟的宽度和深度能够有效的提高刚性屏障的隔振效果,而对柔性屏障其影响较为复杂;此外,屏障剪切模量的影响与弹性填充沟类似,屏障的不排水泊松比对刚性屏障影响较小,而对柔性屏障影响较大,其它材料参数对隔振效果影响均较小。 (4)建立了饱和地基中排孔、排桩远场隔振问题的三维边界元计算模型,对非连续屏障的远场隔振问题进行了详细的参数分析。分析结果表明:在饱和地基中设置单排孔能够降低屏障后的位移振幅,但其隔振效果较差;单排桩和两排桩均能有效的降低屏障后的位移振幅。对于单排孔隔振而言,孔深、孔间距、孔径和孔数对隔振效果均有较大影响,而地基的渗透系数对隔振效果也有一定影响。对于单排桩隔振问题,增加桩长和桩径、降低桩间距、增大剪切模量均能有效提高刚性屏障的隔振效果,而柔性屏障的隔振效果不佳。对于多排桩隔振,其隔振效果要好于单排桩,桩间净距对多排桩隔振效果的影响较排间距大,对多排桩隔振效果起控制作用。
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