基于非局部-Biot理论的饱和土中圆形隧道对地震波的散射研究

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1、分类号______________________________密级_______无_____________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文基于非局部―Biot理论的饱和土中圆形隧道对地震波的散射研究学位申请人：丁海滨学科专业：道路与铁道工程指导教师：徐长节教授副指导老师：童立红博士答辩日期：2018年5月29日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的

2、研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密

3、的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要基于非局部―Biot理论的饱和土中圆形隧道对地震波的散射研究摘要近年来，随着城市地铁的快速发展，地铁隧道在地震波作用下的动应力响应及安全问题引起了人们的广泛关注。本文首先总结分析了国内外地震波作用下圆形洞室动应力响应问题的研究进展，得出现有研究的不足之处，进而引入非局部-Biot理论，以考虑饱和土中孔隙尺寸及孔隙动应力的影响，之后采用波函数展开法重新推导了饱和土中波场表达式及饱和土中应力位

4、移与势函数的关系式。基于此，针对地震波（以P波为例）作用下饱和土中圆形衬砌动力响应问题做了如下研究：利用波函数展开法，研究了饱和土介质中深埋圆形衬砌动应力响应问题，并分析了非局部参数、入射波频率和衬砌厚度等因素对衬砌内动应力集中因子的影响。研究表明：非局部参数仅在高频下对衬砌动应力集中因子具有较大的影响，且当频率高于7000Hz时，此影响不可忽略。利用Graf坐标转换和波函数展开法，研究了饱和土中浅埋圆形衬砌的动应力集中问题，并分析了非局部参数、入射波频率、入射角及隧道埋深等因素对衬砌内动应力集中因子的影响。研究表明：非

5、局部参数对衬砌动应力集中因子的影响与入射波频率有关，高频下影响较为显著，当频率大于280Hz时，此影响不可忽略。除此之外，入射角和隧道埋深对衬砌内动应力集中的影响均较为复杂。基于Graf坐标转换和波函数展开法，研究了饱和土中浅埋复合式衬砌的动应力响应问题，并分析了非局部参数、入射波频率、入射角、衬砌厚度、衬砌刚度及隧道埋深等因素对衬砌内动应力集中因子的影响。研究表明：当频率大于700Hz时，此影响不可忽略；低频时增加衬砌厚度及内侧衬砌刚度可有效地减小衬砌内动应力集中。此外，入射角和隧道埋深对复合式衬砌内动应力集中的影响较

6、为复杂。研究表明，高频时饱和土中孔隙尺寸及孔隙动应力对饱和土动力特性的影响不可忽略，建议地铁隧道衬砌设计时考虑这一因素。关键词：饱和土；非局部-Biot理论；地震波；波函数展开法；Graf坐标转换IABSTRACTStudyofscatteringwavegeneratedbythecylindricallininginsaturatedsoilwithnonlocal-BiottheoryunderincidentseismicwaveABSTRACTInrecentyears,withtherapidlydevelo

7、pmentofurbansubway,thedynamicstressresponseproblemoftheundergroundcavityunderseismicwavehasattractedwidelyattention.Firstly,analyzedthestudydevelopofthedynamicresponseproblemofcircularcavitiesunderseismicwave,concludedtheinsufficientofpreviousstudy.Then,introduce

8、thenonlocal-Biottheory,andconsideringtheinfluenceofporesizeandporedynamicstress.Usingwavefunctionexpansionmethod,theexpressionofwavefieldsandtherelationexpress