浅谈准饱和土波动特性及动力响应研究

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1、浙江大学博士学位论文准饱和土波动特性及动力响应研究姓名：周新民申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：夏唐代;张忠苗20061001浙江大学博士学位论文摘要上介质中的波动理论是土动力学研究领域的一个重要分支，己成为土木工程、地震工程及地球物理等领域的重要基础性研究课题。本文基于三相介质动力控制方程，对准饱和土中波的传播特性及动力响应问题作r深入、全面系统的研究。义中首先从微观视角对准饱和土微观各相的性质进行了全面分析，包括土动力学研究中最为关心的土颗粒火小分布、刚度、质量密度和阻尼以及饱和度等影响因素，重点讨论了气体的动力特性，分析了准饱

2、和土中气体的形态及分布特征，气体压缩对流体压缩性以及准饱和土体体变的重要影响，以及气泡振动对周围液体及多孔介质波动特性的影响，基于准饱和土微观动力特性提出了准饱和土简化模型并对其合理性进行了评价。对三相介质准饱和土波动方程进行了详细推导和系统分析，对比了Biot理论和混合物波动理论的～致性及主要区别所在，提出了准饱和1二波动特性研究的三相介质动力控制方程，对波动理论适用十体的范围进行了讨论，重点分析r土体渗透性及孔隙尺寸分布特征的影响。基于三相介质准饱和上波动理论，采用数值方法研究r准饱和土中三种体波(第一P波，第二P波和S波)的传播特性，

3、考虑孔隙率与上骨架剐度的相关关系，全面分析了孔隙率、饱和度、频率和泊松比等对准饱和十l中各体波传播和衰减的综合影响，应用前人试验结论对研究结果进行了验证，分析了准饱和土与饱和土、气饱和土中波的传播特性的异同。基于三相介质准饱和土波动理论，考虑土颗粒年nffL隙流体的压缩及流体的粘滞性，首次对准饱和土巾瑞利波的传播特性进行了全面系统的研究，考察了边界透水条件的影响，编制程序进行了详细的数值计算工作，分析了饱和度、频率、渗透性以及泊松比与瑞利波的传播速度、位移分布规律、各组成波能量比以及粒子运动轨迹之间的相互影响关系。在此基础上分析了与饱和土中

4、瑞利波传播特性的不同之处，研究发现瑞利波主要反映剪切波特性，受饱和度的影响，fi大，介十i盖缩波和剪切波之间。基十二相介质准饱和上波动理论，首次全面对地表透水与不透水两种边界条件下弹性体波入射准饱和半窄间动力响应进行深入研究，通过数值算例系统分析了动力响应随入射角的变化，各模式波能量在地表面的分配以及SV波入射时地表粒子的运动轨迹问题，并考虑了饱和度、频率、泊松比和模量比等的影响，重点分析J，饱和度引起的入射波的波型转换问题，并与实测地震响应进行了对比。基于三相介质准饱和土动力控制方程，在Laplace变换域内推导_厂准饱和土中圆柱形空腔内

5、边界上作用轴刘‘称荷载和流体压力条件下动力响应的解答，利用Laplace数值逆变换得到了时间域中的结果，进而通过数值算例，详细对比分析了饱和度，加载时间，加载形式以及边界透水条件等因素对空腔的位移，应力等动力响应的影响，并利用轴对称流体压力作用下的动力响应结果首次尝试在理论浙江大学博士学位论文摘要上解释了黄土暗穴的快速扩展机理。关键词准饱和土；饱和度；微结构；弹性波；传播特性；动力响应；积分变换瑞利波；波型转换；半空间；反射；圆柱形空腔；数值方法．浙江大学博士论文AbstractThestudyofwavepropagationinsoil

6、sisoneofimportantbranchesinsoildynamicsfieldandhasbeenbecomingfundamentalimportancetoseveraldisciplines，suchasCivilEngineering．Seismology,andGeophysicsetc．Inthisdissertation，athorough，comprehensiveandsystematicstudyonthewavepropagationcharacteristicsanddynamicresponseinpar

7、tiallysaturatedsoj】isperfomedoBbasisofthedynamiccontrolequationsoftri-phaseporousmedium．Firstly,acomprehensiveanalysisonthepropertyofeveryphaseinpartiallysaturatedsoilsisexecutedinthisdissertationfrommicrostructureview,includingsoilparticlesdistribution，stiffness，density,d

8、ampingandsaturation，a11ofwhichalemostlyconcernedinsoildynamicresearch．Thedynamiccharacter