横波可控震源振动器—大地耦合振动数值模拟

横波可控震源与大地之间的耦合振动关系复杂,涉及非均匀接触、土壤弹塑性、摩擦、埋深等多种非线性影响因素,但现阶段尚未见横波可控震源振动器—大地耦合振动实用模型及其响应特性的系统研究。为此,基于有限元法建立了考虑多种非线性影响因素的横波可控震源振动器—大地耦合振动三维数值仿真模型,从接触界面应力分布与变形、振动输出力、激发应力波传播以及能量传递特性等方面深入分析了振动器—大地耦合振动响应特性,同时研究了土壤类别、弹性模量、黏度等地表条件参数对响应特性的影响规律。结果表明:受加载方式及土壤塑性变形的影响,振动器两侧平板与大地的接触不对称,易引发平板的局部脱耦;振动器的有效水平输出力仅为接触力的一部分,其应力波曲线存在明显的谐波畸变;振动器传递给大地的有效能量较有限,耦合系统的有效能量传递率很低;土壤参数对振动器的输出以及能量传递特性影响显著,振动器在黏土中的激发效果更好,土壤弹性模量是振动器平板是否脱耦的主控因素,土壤黏聚力的增加能显著改善系统的能量传递特性。因此,利用数值模拟可有效分析振动器—大地耦合振动响应,可为横波可控震源振动器结构设计及优化等提供理论参考。