浅论饱和地基中埋置基础的动力振动特性研究

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1、浙江大学建筑工程学院博士学位论文饱和地基中埋置基础的动力振动特性研究姓名：胡秀青申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：蔡袁强20090424浙江大学博士学位论文摘要摘要土与基础动力相互作用问题的研究一直受到力学界和土木工程界的广泛关注。它不仅对于弹性土动力学的发展有着重要的作用，而且对机器基础的设计具有重要的指导意义．本文基于Biotq包和多孔介质理论，首次用解析的方法较系统地研究了饱和地基中埋置刚性圆柱基础的动力振动问题。主要工作有：对于饱和半空间中埋置刚性圆柱基础的竖向振动，基础中心受到简谐竖向激振

2、力，基础与地基完全粘着接触。假定基底与地基的接触面光滑，接触面为完全透水。地基作用在基础上的总力由基础底面反力和基础侧面反力两部分组成。求解基础底面的反力时，引入Noval<简化模型将基底以下的土视为与上覆土层无关的均质饱和半空间．首先运用Hankel积分变换技术求解饱和土动力控制方程，得到其在变换域内的一组通解，然后考虑基底与地基接触面的混合边值条件建立了一组描述刚性基础竖向振动的对偶积分方程，并化该对偶积分方程为第二类Fredholm积分方程，通过解此Fredholm积分方程求得了土体作用在基础底面的反

3、力．求解基础侧面的反力时，假设基础侧壁的土体由若干极薄饱和层所组成，利用极薄饱和层在圆孔周边处的力一位移关系和沿基础侧面积分的方法，求得土体作用在基础侧面的反力。最后结合基础的动力平衡方程，求得了饱和半空间中埋置刚性圆柱基础竖向振动时的动力刚度、振动振幅的表达式．通过与前人研究成果的对比验证了本文结果的正确性。数值算例分析了无量纲激振频率、基础埋深、基础质量比、饱和土粘滞系数、孔隙水对竖向动力响应的影响。在工程中具有有限深度、下卧有硬层的单层饱和地基很常见。因此文中采用Novak简化计算模型接着研究了下卧基

4、岩单层饱和地基中埋置刚性基础的竖向振动，分析了不同土层厚度下基础的竖向动力刚度、动力放大系数曲线。对于饱和半空间中埋置剐性圆柱基础的摇摆振动，假定基础与地基完全粘着接触，基底与地基的接触面为完全透水或完全不透水，本文用同样的简化计算模型求解了相应的动力相互作用问题。数值算例分析了无量纲激振频率、基础埋深、基础质量比、饱和土粘滞系数、孔隙水以及接触面透水条件对基础摇摆动力刚度、摇摆角位移幅值的影响。考虑到地基的成层性，本文还研究了下卧基岩单层饱和地基中埋置刚性圆柱浙江大学博士学位论文摘要基础的摇摆振动问题，分

5、析了土层厚度、基础埋深、饱和土粘滞系数、孔隙水对埋置基础与单层饱和地基摇摆动力相互作用的影响。最后，文中采用相同的Novak简化模型，对饱和地基中埋置刚性圆柱基础的扭转振动进行了研究．考虑地基为饱和半空间和下卧基岩单层饱和地基两种情况，求得了刚性埋置基础扭转振动时的动力刚度、扭转角位移幅值。算例分析研究了土层厚度、基础埋深、基础质量比、饱和土粘滞系数、孔隙水对饱和地基中刚性埋置基础扭转动力响应的影响．关键词：饱和地基；Biot波动理论；埋置圆柱基础；动力相互作用；解析法；动力刚度；基础位移幅值；孔隙水浙江大

6、学博士学位论文摘要AbstractnestudyOildynamicsoil-foundationinteractionproblemhasbeenofconsiderableinterestinthefieldofgeomechanicsandcivilengineering．Itplaysanimportantroleinthedevelopmentoftheelastodynamicsandhasimportantpracticalapplicationsinmachinefoundationsdes

7、ign觞well．BasedontheBiot’Sporoelastodynamictheory,thedynamicvibrationsofarigidcylindricalembeddedfoundationinporoelasticsoilarestudiedbyanalyticalmethodindetailforthefirsttime．ThemainworkiSasfollows：Fortheverticalvibrationofarigidcylindricalfoundationembedd

8、edinaporoelastichalf-space，thefoundationissubjectedtoverticaltime—harmonicexcitationalongtheverticalaxisandisperfectlybondedtothesurroundingsoil．Itisassumedthatthecontactsurfacebetweenthefoundationbaseandthep