饱和地基中rayleigh波的传播与屏障隔振研究

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1、同济大学土木工程学院博士学位论文饱和地基中Rayleigh波的传播与屏障隔振研究姓名：时刚申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：高广运20080701摘要随着社会的发展，各种人工振动污染日益频繁，对邻近建筑物、精密仪器设备以及人们的生活影响越来越严重。对各种人工振动污染的治理，就成为当前急需解决的重要课题之一。屏障隔振是振动污染治理的一种有效方法，被广泛的应用到工程实际中。但目前关于屏障隔振的研究局限于弹性地基的条件，而对于饱和地基中的隔振问题则鲜有涉及。本文基于以薄层法基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法，对饱和地基中的连续屏障(空沟、填充沟)和非连续屏障(扫Ff

2、L、排桩)的远场隔振效果进行了计算分析，主要内容有：(1)基于饱和多孔介质的Biot波动方程，采用势函数法求解了饱和地基中Rayleigh波的解答，作为屏障远场隔振问题的基本输入：此外，采用积分变换法得到饱和半空间表面位移积分解答，并在复波数域平面内进行围道积分，得到了线源和点源荷载下半空间表面的Rayleigh波位移解答，分析了Rayleigh波的近源场的传播特性。(2)基于薄层法原理推导了饱和层状地基的二维、三维动力基本解答，为降低薄层法的计算深度，提高计算效率，对饱和半空间的刚度矩阵进行二阶Taylor级数展开，得到了饱和土的旁轴边界作为薄层法的底部边界；基于饱和土频域边界元法

3、，建立了以薄层法基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法，在求解屏障隔振问题时，仅需要在屏障——饱和土交界面上进行单元划分，从而降低了计算工作量，提高了计算效率。(3)在饱和土半解析边界元法的基础上，建立了饱和地基中空沟、弹性填充沟和饱和填充沟的二维边界元方程，对连续屏障的远场隔振问题进行了详细的参数分析。分析结果表明：在饱和地基中设置空沟、填充沟能够有效的降低屏障后的位移振幅。空沟深度对空沟隔振效果影响较大，但超过1个Rayleigh波长后其影响不大，而空沟宽度的影响相对较小；不排水泊松比对空沟隔振效果影响较大，其它材料参数影响相对较小。对于弹性填充沟，填充沟的深度和宽度

4、对刚性屏障的隔振效果影响较大，而对于柔性屏障的影响较为复杂；提高(刚性屏障)或降低(柔性屏障)屏障剪切模量能够相应的提高屏障隔振效果，而屏障的泊松比对隔振效果基本无影响。对于饱和填充沟，增加填充沟的宽度和深度能够有效的提高刚性屏障的隔振效果，而对柔性屏障其影响较为复杂；摘要此外，屏障剪切模量的影响与弹性填充沟类似，屏障的不排水泊松比对刚性屏障影响较小，而对柔性屏障影响较大，其它材料参数对隔振效果影响均较小。(4)建立了饱和地基中排孔、排桩远场隔振问题的三维边界元计算模型，对非连续屏障的远场隔振问题进行了详细的参数分析。分析结果表明：在饱和地基中设置单排孔能够降低屏障后的位移振幅，但其

5、隔振效果较差；单排桩和两排桩均能有效的降低屏障后的位移振幅。对于单排孔隔振而言，孔深、孔间距、孔径和孔数对隔振效果均有较大影响，而地基的渗透系数对隔振效果也有一定影响。对于单排桩隔振问题，增加桩长和桩径、降低桩间距、增大剪切模量均能有效提高刚性屏障的隔振效果，而柔性屏障的隔振效果不佳。对于多排桩隔振，其隔振效果要好于单排桩，桩间净距对多排桩隔振效果的影响较排间距大，对多排桩隔振效果起控制作用。本文是国家自然科学基金项目“饱和层状地基Rayleigh波散射及其屏障隔振研究”(No．50678182)的部分内容。关键词：饱和地基，Rayleigh波，薄层法，半解析边界元法，屏障隔振ⅡAb

6、stractABSTRACTWiththedevelopmentofsociety,theground·bornevibrationduetOtraffic,machineoperations，piledrivingandblastingeta1．hasanincreasingeffectonadjacentstructures，sensitivemachineryandlocalresidents．Asaresult，theprojectontheman—madevibrationisolationisbecomingaspecialconcerninthecivilandenvi

7、ronmentalengineeringfiled．Generally,theseadverseeffectsofgroundvibrationscanbeeliminatedorpreventedbyinstallationofvarioustypesofwavebarriers，whicharewidelyusedinengineeringpracticeformanyyears．However,mostofthepublishedliterature