饱和土隧道的频域响应分析

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1、学校代码：10270分类号：0342学号：132502505上善碎夫營硕士专业学位论文饱和土隧道的频域响应分析专业学位类别：工程硕士专业领域：计算机技术作者姓名：王园园指导教师：朱媛媛副教授答辩日期：2015年5月论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表示了谢意。作者签名：王丨幻同曰期：论文使用授权声明本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权

2、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、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名:工丨处D导师签名:果接攻曰期：2o'5.o6.06本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合上海师范大学硕（博）士学位论文质量要求。答辩委员会签名:主席（工作单位、职称）：上丨4年泰盔泰播_、不委员：Ifi遠為帀AVI上海师范大学硕士学位论文摘要摘要隧道开挖后不可避免会对周围土体产生扰动，从而引起隧道的变形。一旦处理不当，可能引起隧道过大沉降、倾斜甚至坍塌，就会造成人员伤亡。为了保证隧道的安全

3、，常用衬砌材料进行支护。因此研究土和衬砌的相互作用过程中的频率特征具有重要意义。本文分别研究了两种物理模型下圆形隧道饱和土-衬砌耦合系统的频域响应问题，即线性弹性饱和土-衬砌耦合系统与线性粘弹性饱和土-衬砌耦合系统。分析了饱和土隧道的频率特征，为隧道的设计提供了必要的理论依据和参考数据。在线性弹性饱和土-衬砌耦合系统中，首先，基于弹性理论和饱和多孔介质混合物理论，分别建立了频域内隧道耦合系统的控制方程，给出了耦合系统的边界条件以及饱和土和衬砌连接面上满足的连接条件。其次，发展了求解该耦合系统的微分求积单元法，利用发展的微分求积单元法，在频率域内

4、对耦合系统的数学模型进行了离散，并利用Newton-Raphson迭代法得到了系统的数值解。最后，分析了圆形隧道饱和土-衬砌耦合系统的频域响应问题，考察了压力、固相体积分数和频率对耦合系统的影响，同时也验证了数值方法的有效性。在线性粘弹性饱和土-衬砌耦合系统中，基于粘弹性理论和饱和多孔介质理论，给出了频域内隧道耦合系统的控制方程，边界条件以及饱和土和衬砌连接面上满足的连接条件。其中，饱和土和衬砌的材料分别为粘弹性材料。然后，利用发展的微分求积单元法和Newton-Raphson迭代法得到了耦合系统的数值解。分析了耦合系统的频域响应问题，考察了频

5、率、材料特性和透水率对耦合系统的影响。从研究结果中分析得到，本文中利用和发展的微分求积单元法是一种计算量少，精确度高，便于通过计算机编程实现的数值模拟方法，取较少节点就能得到良好收敛结果。同时，本文所采用的建模思路和数值模拟方法可以推广利用到类似工程问题中，为工程设计提供必要的分析手段。关键词：饱和土-衬砌耦合系统；圆形隧道；多孔介质混合物理论；微分求积单元法；频域响应IShanghaiNormalUniversityMasterofPhilosophyAbstractAbstractAftertheexcavationoftunnelwill

6、inevitablyproducethedisturbanceofsoilaroundthetunnel,sothedeformationcausedbytunnel.Ifnothandledproperly,maycausethetunnellargesettlement,tiltingorevencollapse,itwillcausecasualties.Inordertoensurethesafetyoftunnel,liningmaterialusedforsupporting.Therefore,thefrequencycharac

7、teristicsoftheinteractionprocessofthesoilandtheliningisofgreatsignificancein.Thispaperstudiesthetwokindsofphysicalmodelofthefrequencyresponseofsaturatedsoil-liningcoupledsystemincircletunnel,includinglinearelasticitysaturatedsoil-liningcoupledsystemandlinearviscoelasticsatur

8、atedsoil-liningcoupledsystem.Analysingofthefrequencycharacteristicsofsatura