非饱和盐渍黏土物理化学作用的应力依赖特性

为了揭示物理化学作用对含盐溶液非饱和黏土压缩行为的影响及其与应力水平的依赖特性,对孔隙含蒸馏水、氯化钠和硫酸钠溶液及控制基质吸力条件下的试样进行了一维压缩试验。然后,根据试验结果测定了不同条件下黏土的压缩指数、次固结系数和屈服应力,并标定了它们随基质吸力和渗透吸力的变化规律。此外,对不同基质吸力和渗透吸力下非饱和盐渍黏土主、次固结行为展开了深入分析,明确了非饱和盐渍黏土物理化学作用的应力依赖特征,并对非饱和盐渍黏土的LC屈服行为进行了探索。结果表明:不同物理化学力下非饱和盐渍黏土的次固结系数与压缩指数的比值C_(a)/C_(c)以及屈服应力可以使用基质吸力和渗透吸力来统一描述;由塑性加载区压缩曲线斜率以及特征参量、C_(a)/C_(c)与竖向应力的相关性指出非饱和盐渍黏土物理化学作用与应力水平息息相关;此外,化学-水力-力学耦合作用下非饱和盐渍黏土的LC屈服曲线是由MLC屈服曲线和OLC屈服曲线组成的一条光滑曲线。

平面弹性波入射下空沟隔振的解析分析

基于复变函数理论和保角映射方法,采用波函数展开法及多级坐标变换技术,解析求解了半无限空间中空沟对平面SH波和平面P波的隔振问题。首先,通过设虚源法和大圆弧假定法分别给出了平面SH波和平面P波入射半无限空间时的散射场。然后由空沟边界及大圆弧边界处的应力自由边界条件建立无穷阶线性方程组,并通过对该方程组的求解给出了空沟对平面SH波和平面P波散射的解析解答。最后,参数分析了激励频率、空沟深度等因素对隔振效果的影响规律。结果表明,空沟对平面SH波和平面P波的隔振效果随着入射波频率的增大而增大,随着空沟深度增大而增大。

多空沟对弹性波的散射及隔振性能分析:平面P-SV波入射

在地基振动控制中,较浅的单空沟由于散射效率低,隔振效果并不理想,而多空沟可以通过提高散射效率而达到理想的隔振效果。根据弹性动力学基本理论,在复数域上进行波函数展开,由空沟周边应力自由边界条件,并借助保角映射理论和多极坐标变换技术建立了问题的控制方程,给出了多空沟对平面P‑SV波散射的解析解答。以双空沟为例,参数分析了激励频率、空沟长度和空沟间距等因素对隔振效果的影响规律。结果表明:双空沟的隔振效果明显优于单空沟,并且随着空沟长度增加,隔振效果越好;存在一定的空沟间距使双空沟能发挥出更好的隔振效果。

空沟对弹性波散射的时域分析:平面SV波入射

基于土‑结构相互作用理论,利用比例边界有限元法,将含有空沟地形条件的场地分解为近场系统和无穷远场系统。利用四叉树对近场计算区域进行网格精细化离散,并利用位移单位‑脉冲响应矩阵来表示近场和远场交界面上的相互作用力,从而将斜入射的平面SV波转化为作用在近场系统边界上的等效节点力来模拟入射波对近场系统的激励作用,建立了时域‑空间域弹性波传播问题的数值模型,通过数值算例验证了方法的有效性,分析了入射角和空沟深度等参数对隔振效果的影响。结果表明:隔振效果随着入射角的增大而增大;当入射角较大时,通过进一步增大空沟深度,可使得空沟发挥出更优的隔振效果。

空沟-波阻板联合隔振屏障的试验研究与数值分析

采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了空沟-波阻板联合隔振屏障对竖向简谐荷载的隔振效果。首先,对比了空沟-波阻板联合屏障与空沟屏障的隔振效果,试验结果表明:空沟-波阻板联合屏障在各个激振频率下的隔振效果均优于空沟屏障,在低频段最为明显。然后,结合完全匹配层吸收边界,利用COMSOL建立了简谐荷载作用下弹性半空间中设置空沟-波阻板联合隔振屏障的三维有限元模型,并通过加速度振幅衰减系数来评价隔振效果,研究了空沟-波阻板联合屏障的几何参数对其隔振效果的影响。结果表明:空沟-波阻板联合屏障的几何参数对其隔振效果影响较大。其中,空沟深度越大,隔振效果越好,但在频率较低时有所不同;波阻板深度以及屏障长度越大,联合屏障的隔振效果越好。此外,空沟-波阻板联合屏障更适用于近场主动隔振。

变分极限平衡法对土质边坡稳定性的精确分析

基于变分法和极限平衡法的基本原理,对土质边坡的稳定性分析进行了理论研究。首先,通过极限平衡法建立了问题的基本平衡方程,通过引入拉格朗日乘子构造出约束条件下等周问题的辅助泛函;其次,联合欧拉方程得到了以潜在滑动面、滑面正应力、滑动体内力、安全系数以及拉格朗日乘子为基本未知量的一阶常微分方程组,并通过引入辅助变量将边坡稳定性分析转化为固定边界条件下的两点边值问题;最后,利用打靶法对算例进行了数值求解,得到了滑动面位置、滑动面上正应力分布以及边坡稳定性系数的精确解答,并与条分法和有限元强度折减法得到的结果进行了比较,验证了所提方法的有效性。分析结果表明,提出的土质边坡稳定性分析方法可有效避免传统计算中对滑面位置的搜索优化过程,能精确得到边坡滑面形状、滑面上的法向应力以及条间力分布,可为边坡的稳定性分析提供科学合理的计算方法。

波阻板对平面P-SV波的散射及其隔振性能分析

在二维弹性地基的有限深度处埋设波阻板,采用复弹性理论分析波阻板对平面P-SV波的散射及其隔振效果。首先,通过保角映射技术给出矩形波阻板的映射表达式;其次,根据复弹性理论建立问题在复数域上的动力学控制方程和应力边界条件,并结合波函数展开法得到动力响应解答;最后,引入振幅衰减系数,并通过其变化曲线分析平面P-SV波作用下埋置深度、剪切模量比、弹性波入射角度以及弹性波频率等对隔振效果的影响。结果表明:剪切模量比对波阻板隔振效果影响显著,且随着模量比增大,隔振效果增强;波阻板埋深越大,隔振效果越差;随着入射波角度和频率增大,隔振效果也随之降低。

多空沟对弹性波的散射及隔振性能分析:SH波入射

在地基振动控制中,采用单空沟由于衍射效率低而使隔振效率并不理想,而多空沟隔振屏障对振动波的传播进行多次阻断来达到理想的隔振效果。根据弹性动力学基本理论,在复数域上进行波函数展开,由空沟周边应力自由边界条件并借助保角映射理论和多极坐标变换技术建立无穷阶线性方程组,并给出了多空沟对弹性SH波散射的解析解答。以双空沟为例,参数分析了激励频率、空沟长度和间距等因素对隔振效果的影响规律。结果表明,双空沟的隔振效果明显优于单空沟的隔振效果,并且随着空沟长度和空沟间距的增加,屏蔽区域面积明显增大。

双圆形衬砌隧洞对柱面SH波作用下附近场地动力响应的影响分析

在柱面SH波作用下,由于弹性半空间中存在水平和垂直平行双圆形衬砌隧道,附近场地的动力响应将会受到影响。因此,本文基于弹性波理论,采用波函数展开法分析了双隧洞周围的柱面SH波散射问题,给出了双圆形衬砌隧道附近场地的位移解析解,并验证了该解的收敛性。通过对衬砌隧洞的衬砌刚度、隧洞埋深、两隧洞的中心间距以及入射波频率等参数的分析,研究了双圆形衬砌隧洞附近场地土体的位移幅值沿水平方向和深度方向的变化规律。结果表明:衬砌刚度、隧洞埋深、中心间距以及入射频率对双圆形衬砌隧洞附近场地的动力响应有着显著的影响。

波阻板对Rayleigh波的散射及其隔振性能分析

基于复变函数理论和波函数展开法求解二维弹性地基中波阻板对Rayleigh波的散射解答。首先,通过保角映射技术,给出了矩形波阻板的映射表达式;其次,根据复弹性理论,建立了问题在复数域上的动力学控制方程和应力边界条件,并结合波函数展开法得到了动力响应解答;最后,通过振幅衰减系数变化曲线分析了埋置深度、剪切模量比以及弹性波频率等对隔振效果的影响。结果表明:在波长范围内,波阻板隔振效果随着埋置深度增加而降低,并且随着剪切模量比增大,隔振效果明显提高;波阻板对低频波隔振效果较好。

饱和盐渍黏土弹塑性行为的试验及理论研究

为了研究孔隙溶液种类和浓度、超固结程度对饱和黏土应力–应变曲线和剪胀行为等力学性能的影响,开展一系列控制含盐条件和超固结比(OCR)的三轴压缩试验。试验结果指出,孔隙盐溶液的成分和浓度的变化会改变黏土的超固结程度、变形能力、剪胀比和临界状态线斜率,但对弹性模量的影响较小。因此,为了模拟饱和盐渍黏土的弹塑性行为,在UH模型的基础上建立一个新的化学弹塑性模型。该模型考虑渗透吸力对黏土力学特性的影响,可用于刻画不同含盐条件下饱和黏土的应力–应变行为。新模型首先借助等效应力的概念明确渗透吸力的贡献,给出饱和盐渍黏土的化学弹性理论。然后,借助渗透吸力推导饱和盐渍黏土的屈服面、硬化模量、应力–剪胀方程和本构关系。研究发现随着渗透吸力的增加,饱和盐渍黏土的屈服面在三维应力空间中变得愈加“矮胖”,超固结程度逐渐减弱,剪胀比也逐渐增大。此外,通过模型对不同渗透吸力下饱和盐渍黏土试验结果的模拟和对比分析验证模型的普适性和预测能力。