半空间各向同性弹性饱和多孔介质非轴对称动力响应分析

应用弹性饱和多孔介质非轴对称Biot方程的解 ,研究了半空间饱和多孔介质非轴对称动力响应问题 .讨论了半空间饱和多孔介质在边界竖直方向和水平方向存在非轴对称简谐荷载作用下的边界位移分布 ,给出边界竖向位移的数值计算结果 。

求解弹性饱和多孔介质半空间非轴对称动力问题的传递矩阵法

应用Fourier展开和Hankel变换 ,求解了弹性饱和多孔介质非轴对称Biot波动方程 ,得到半空间问题的一般解 .引入了位移分量和应力分量组合量 ,建立了这些组合量Hankel变换之间的关系 .用传递矩阵方法处理了弹性饱和多孔介质半空间非轴对称动力问题 ,把边界上的应力和位移与介质内的应力和位移用传递矩阵联系起来 ,这种处理方法特别适用于数值分析 .

多孔饱和半空间上弹性圆板的动力分析

用解析方法研究多孔饱和半空间上弹性圆板的低频垂直振动，首先用Ｈａｎｋｅｌ变换求解多孔饱和介质动力问题控制方程，然后按混合边值条件建立多孔饱和半空间上弹性板的垂直振动的对偶积分方程，用Ａｂｅｌ变换化对偶积分方程为第二类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程，并给出了数值算例．

多孔饱和半空间上弹性圆板垂直振动的积分方程

应用新的方法求解多孔饱和固体的动力基本方程──Ｂｉｏｔ波动方程．首先把Ｂｉｏｔ波动方程化为仅有土骨架位移和孔隙水压力的偏微分方程组，并用逐次解耦方法（不引入位移势函数）求解此偏微分方程组．然后按混合边值条件建立多孔饱和半空间上弹性图板垂直振动的对偶积分方程，用Ａｂｅｌ变换化对偶积分方程为第二类Ｆrｅｄｈｏｌｍ积分方程．文中考虑两种孔隙流体的表面边界条件：（ａ）半空间表面（包括圆板与半空间的接触面）是全部透水的．（ｂ）半．空间表面与圆板的接触面是不透水的，而其余表面是透水的．文末给出了数值算例．

饱和弹性半空间在低频谐和集中力下的积分形式解

本文采用解耦联合方程组，算子法解回代方程，推导饱和土低频Ｌａｍｅｂ积分形式解，并退化为一般弹性半空间的积分形式解．为饱和土动孔隙水压力和动力响应的计算提供了方法．算例证实本文推导的可靠性，其结论对工程有指导意义．

考虑桩底土层波动效应的饱和黏弹性半空间中摩擦桩竖向振动

为深化对饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩竖向振动特性的认识,基于Boer多孔介质动力控制方程组,考虑桩底土层波动效应,采用Hankel积分变换和微分算子分解理论求解相关方程得到桩底、桩侧反力,进而建立饱和土中桩基竖向振动偏微分方程,结合桩土接触面混合边值条件推导得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩桩顶竖向动力阻抗解析表达式。并在此基础上进一步通过数值算例对比分析探讨了液固耦合系数、桩长径比、桩土模量比、地基土黏滞阻尼系数这些重要因素对所得桩顶动力阻抗的影响规律,得到了一些对工程实践有意义的结论。

波在饱和多孔介质与弹性固体介质交界面上的界面效应

本文利用Ｂｉｏｔ饱和多孔介质动力学理论及饱和多孔介质和固体介质交界面的连续条件，推导了平面P_1波以任意角从饱和多孔介质向弹性固体介质入射时，反射快P_1波、慢Ｐ_Ⅱ波和ＳＶ波和透射Ｐ波、ＳＶ波系数的计算公式，并给出一算例。本文不考虑饱和多孔介质中液体渗流的能量耗散。

两相饱和介质半无限空间位错位移场

弹性位错理论是研究地震震源正演和反演的重要工具之一 .单相介质位错理论求得的地面变形场是稳定的、不变的 ,而实际地震后的地面变形场是变化的 .本文利用集中力作用下无限空间中两相饱和介质Green函数的柱函数表达式 ,通过弹性运动方程积分解的Helmholtz方程的Hansen矢量变换 ,再叠加自由表面影响场的方法求得两相饱和介质半无限空间位错位移场 .本文结果结合Nur的DD模式 ,在进水排水的假说下能解释地震后地面变形场的变化 .

平面P波在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上的传播

使用线性粘滞的多孔弹性介质模型,解决在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上平面P波的反射与透射问题,这里的非饱和多孔介质中固体骨架被两种相互耦合的流体(液体和气体)所充满.通过势函数的方法得到了振幅反射系数与振幅透射系数.然后推导得到入射波与反射波、透射波之间能量转换情况.研究发现:用振幅比和能量比所表示的反射系数与透射系数是与入射角度、饱和度、入射频率以及上下层介质的弹性常数有关的方程式.数值计算通过图形的形式表达出来,而且入射角度、频率及饱和度对振幅和能量的反射与透射系数的影响分别进行了讨论.证明了在整个波的传播过程中分界处并没有发生能量的耗散.

黏弹性饱和多孔介质中圆柱孔洞的频域响应

研究了无限黏弹性饱和多孔介质中圆柱孔洞(有衬砌)表面受轴对称简谐荷载和流体压力作用下的频域响应问题.引入carcione提出的本构模型来描述介质的流变和松弛性质.考虑衬砌和介质的相对渗透性,孔洞处于半封闭状态,边界半透水.引入两个势函数,在频域中得到了应力、位移和超孔隙水压力响应解答.并进行了算例分析,讨论了反映介质黏弹性性质的最小质量因子,反映孔洞边界半透水性质的渗透性参数及衬砌和介质的相对刚度对问题的影响.分析结果表明:以上参数对圆柱孔洞的频域响应有很大影响.

弹性层和饱和半空间体系稳定动力响应

弹性层和饱和半空间模型是一种具有理论价值及工程背景的地基模型.本文针对这一模型,采用积分变换方法研究了其表面受稳态激振下的动力响应.本文针对两种界面连续条件推导了响应的积分形式解,并将其蜕化为饱和弹性半空间及固体弹性半空间的积分形式解,文末利用数值积分技术作了有意义的算例分析.本文为饱和分层地基的动力响应计算提供了有效方法,同时也为进一步利用边界元法解决此类地基的波传播问题、动力相互作用问题开拓了一条途径.

流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界

基于Biot流体饱和多孔介质本构方程,分别考察具有辐射阻尼性质的外行柱面波和球面波在圆柱面和球面人工边界上引起的法向、切向应力的表达式．在应力表达形式上,固相介质和孔隙流体的法向和切向应力都是由两项组成,它们分别与质点的位移和速度成正比,因此,可在人工边界的法向和切向设置连续分布的并联弹簧-黏滞阻尼器,用来模拟人工边界以外的无限域介质对来自有限计算域的外行波动的能量吸收作用,从而形成了流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界．流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界可方便地与大型通用软件结合,用于分析饱和土中复杂的结构-地基动力相互作用问题．算例表明流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界具有较好的精度和稳定性．

不同透水边界下单层饱和多孔介质一维瞬态响应解

基于Biot饱和多孔介质一维波动控制方程,给出具有普遍意义的一般性透水边界条件、任意初始条件和任意竖向荷载作用下单层饱和多孔介质一维瞬态响应定解模型。首先提出可通过调整相应参数实现采用孔压p和液相相对位移w的线性组合来表示不同的透水边界。之后采用分离变量法求得无阻尼控制方程的特征值和特征函数,利用待定系数法和特征函数的正交性,将原问题转换为求解时域内一系列阻尼项耦合的常微分方程组的初值问题,采用精细时程积分法给出瞬态响应问题的半解析解。同前人研究相比,提出的半解析解具有普遍意义,可精确退化至前人结果,通过与文献不同边界条件的结果对比,验证了解答的正确性。最后,系统分析了不同透水条件下瞬态响应的特点,结果表明半透水条件下响应介于透水和不透水之间,在阶跃荷载下,位移呈现先增大后减小的变化模式,入射波和反射波产生相同相位的孔压。

饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动

为深入了解饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向振动特性,基于Boer多孔介质理论,考虑激振频率对摩擦桩桩底土体动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解并验证了其合理性。进一步通过参数化对比分析探讨了桩基埋深比和土体渗透系数对所得竖向动力阻抗和桩顶速度时域响应的影响规律。解析推导得出的对应竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,丰富了桩基动力学的理论,可为相关工程实践提供参考和理论支持。

饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法

本文基于Biot的饱和多孔介质本构方程,考察具有辐射阻尼的外行球面波,推导了饱和多孔介质三维黏弹性人工边界的法向和切向边界方程;在已有的饱和多孔介质二维显式有限元数值计算方法基础上,提出该理论的三维方法,并开发了实现该三维方法的有限元程序.算例表明饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法具有较好的精度和稳定性.

饱和多孔热弹性介质中Rayleigh波传播特性分析

基于多孔介质理论和广义的热弹性模型,研究了饱和多孔热弹性介质中Rayleigh波(R波)的传播特性。以考虑流-固耦合的饱和多孔介质波动方程和连续性方程及考虑热-弹耦合的广义热弹性基本方程出发,建立了饱和多孔介质的热-流-固耦合弹性波动模型。通过引入势函数并结合自由透水及绝热的边界条件,经过理论推导最终给出了饱和多孔热弹性介质中R波的弥散特征方程。利用数值算例分析了孔隙率、渗透系数、热膨胀系数、初始温度和松弛时间等热物理参数对R波的波速和特征衰减的影响。结果表明:孔隙率的增加将引起R波的波速下降,但使得R波的特征衰减反而增大;R波的波速随着渗透系数的增大先不变,再急剧增大,最后趋于稳定,其特征衰减随着渗透系数的增加先增大后减小,最后趋于稳定;热膨胀系数的增大将引起R波波速的增大,但对其特征衰减的影响较小;初始温度的增加导致R波波速的小幅上升,而对其特征衰减影响不大;松弛时间对R波波速和特征衰减几乎无影响。

多孔饱和半空间上刚体垂直振动的轴对称混合边值问题

研究圆柱形刚体在多孔饱和半空间上的垂直振动．首先应用Ｈａｎｋｅｌ变换求解多孔饱和固体的动力基本方程———Ｂｉｏｔ波动方程．然后按混合边值条件建立多孔饱和半空间上刚体垂直振动的对偶积分方程，用Ａｂｅｌ变换化对偶积分方程为第二类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程．文末给出了多孔饱和半空间表面动力柔度系数的计算曲线．

饱和多孔介质近场波动分析的一种黏弹性人工边界

采用有限模型数值方法求解能量开放系统中的波动问题时,虚拟人工边界的处理方式对计算结果的准确性和精度具有重要的影响.本文针对无限域饱和多孔介质中波传播问题的人工边界处理方式进行了研究,提出了饱和多孔介质近场波动分析的一种黏弹性人工边界处理方法.在考虑多孔介质中固相和液相的相互作用的情况下,通过在人工边界处分别施加反映固相和液相介质波传播效应的弹簧及阻尼来模拟饱和多孔介质中波的能量辐射效应影响.算例表明,本文建议的黏弹性人工边界具有较好的模拟效果.

弹性饱和多孔介质在非轴对称荷载下的稳态动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换 ,求出了弹性饱和多孔介质Biot方程在非轴对称情况下的级数解。首先把饱和多孔介质固体骨架位移和孔隙流体压力用级数展开 ,建立了级数系数函数满足的微分方程组 ;然后把未知函数按一定方式进行组合 ,使方程组进一步简化 ;再应用Hankel变换把关于两个变量的微分方程组转化为只有一个变量的微分方程组 ;最后解微分方程组 ,得到了有关函数的Hankel变换。接着 ,以Biot方程在非轴对称情况下的Hankel变换解为基础 ,给出了饱和多孔介质总应力分量和孔隙流体相对于介质骨架位移的Hankel变换表达式。作为特例 ,在文章的结尾部分还应用Biot方程的解得到了半空间弹性饱和多孔介质分别在表面非轴对称竖向简谐荷载和水平简谐荷载作用时的稳态动力响应。所有这些结果都对研究饱和多孔介质的动力响应特性和有关工程领域有一定意义。

半空间饱和土内置点载荷作用下的热弹性波动

基于Biot波动理论及热弹性动力理论,利用已建立的饱和多孔弹性介质热流固耦合控制方程,研究半无限地基在内置点热力源作用下的动力响应问题.求解过程引用Hankel变换技术,得到了热力源作用下土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力的积分形式解答.利用Hankel数值逆变换得到计算结果,分析了热流固耦合条件下激振频率对竖向位移和孔隙水压力响应的影响.对热流固耦合、热弹性和多孔弹性模型计算结果进行了比较.