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饱和土中非连续屏障对弹性波的隔离

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致谢

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2饱和多孔介质中波的传播

1.3弹性波和结构物的相互作用

1.4屏障隔振

1.4.1隔振的主要途径和手段

1.4.2屏障隔振的类型

1.4.3屏障隔振的发展和研究现状

1.5本文主要研究内容

第2章饱和土中单个圆柱体对倾斜入射弹性波的散射

2.1引言

2.2饱和土控制方程及求解

2.3单个圆柱体对倾斜入射弹性波散射的求解

2.4背向散射谱和总散射截面

2.4.1背向散射谱

2.4.2总散射截面

2.5算例与分析

2.5.1圆柱体对倾斜入射快纵波的散射分析

2.5.2圆柱体对倾斜入射横波的散射分析

2.6本章小结

附录2-Ⅰ

第3章饱和土中单排刚性桩对平面波隔离的二维分析

3.1引言

3.2分析模型与基本方程

3.2.1饱和土的运动方程

3.2.2单排刚性桩对平面波散射的求解

3.3算例与分析

3.3.1数值结果验证

3.3.2单排刚性桩对入射平面模波的隔离

3.3.3单排刚性桩对入射平面快纵波的隔离

3.4本章小结

附录3-Ⅰ

第4章饱和土中单排弹性桩对平面波隔离的二维分析

4.1引言

4.2单排弹性桩对平面横波散射的求解

4.3单排弹性桩对平面快纵波散射的求解

4.4算例与分析

4.4.1单排弹性桩对平面波隔离的验证

4.4.2饱和土中单排弹性桩对入射平面横波的隔离

4.4.3饱和土中单排弹性桩对入射平面快纵波的隔离

4.5本章小结

符号说明

附录4-Ⅰ

第5章饱和土中排桩对倾斜入射弹性波隔离的三维分析

5.1引言

5.2饱和土中排桩对倾斜入射弹性波的散射

5.3算例与分析

5.3.1单排弹性桩对纵波和横波隔离效果的验证

5.3.2饱和土中排桩减小土体竖向位移振幅分析

5.3.3饱和土和弹性土中排桩对竖向位移衰减的比较

5.4本章小结

附录5-Ⅰ

第6章饱和半空间中排桩对入射瑞利波的隔离

6.1引言

6.2分析模型与基本方程

6.2.1饱和土中瑞利波的方程

6.2.2饱和土中排桩对入射瑞利波的散射

6.2.3用复数域内最小二乘法求解散射系数

6.3算例与分析

6.3.1数值计算结果的验证

6.3.2饱和土中排桩对入射瑞利波的隔离效果分析

6.3.3饱和土和弹性土中排桩对入射瑞利波隔离效果的比较

6.4本章小结

附录6-Ⅰ

第7章结论与建议

7.1本文的总结

7.2进一步研究工作的思考和展望

参考文献

个人简历及发表论文情况

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摘要

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Biot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Graff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-伯努力梁,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横波作用时情况不同,排桩的存在可以显著减小入射瑞利波引起的孔隙水压力。

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