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《沟渠式被动地面振动隔栅的三维分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国科学G辑:物理学力学天文学2008年第38卷第5期:580~591《中国科学》杂志社www.scichina.comphys.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS沟渠式被动地面振动隔栅的三维分析①②*①②①②③高广运,时刚,冯世进,邱畅①同济大学地下建筑与工程系,上海200092;②同济大学教育部岩土工程重点试验室,上海200092;③上海浦东工程建设管理有限公司,上海201203*E-mail:gaoguangyun@263.net收稿日期:2007-06-25;接受日期:2007-12-11国家自然科学基金(批准号:5
2、0678128,50538010)和高等学校博士学科点专项科研基金(编号:20050247030)资助项目摘要基于弹性波散射的积分方程和Lamb问题基本解,推导得到了一个关键词适合于瑞利波散射问题的积分方程式,通过迭代求解,可解决多个不规则异瑞利波散射质体引起的瑞利波散射问题.沟渠式被动地面振动隔栅也称为填充沟隔振屏积分方程障,把填充沟视为弹性半空间中的异质体,运用上述解答对填充沟远场被动填充沟被动隔振隔振进行了三维分析,详细讨论了影响隔振效果的主要参数.研究表明,刚地面振动性屏障比柔性屏障具有更好的隔振效果;增加填充沟的深度和宽度都能够提高屏障的隔振
3、效果,但当屏障深度达到一倍瑞利波波长后,增加屏障深度对隔振效果的影响很小;填充沟的有效屏蔽范围随沟长的增加而增大.交通、机器运行、打桩以及其他人类活动常常会产生地面振动,不可避免地对临近建筑物、精密仪器设备等产生不利影响,甚至会影响到周围居民的正常工作生活.通常,可以采用设置各种波阻屏障的方法,例如空沟、填充沟或排桩等,降低地振动的负面影响.根据屏障设置的位置,可以将屏障分为主动隔振和被动隔振两种,其中被动隔振屏障一般设置在远离振源的被保护结构的周围,主要通过对瑞利波的散射而起到隔振的作用.在相同条件下,空沟的隔振效果一般要好于填充沟和排桩,但由于地下
4、水、土体稳定性等条件的限制,在隔振工程中一般较少采用.特别是在地面振动瑞利波波长较大时,空沟由于深度的限制而无法起到隔振作用.相反,填充沟可以设置较大的深度,而隔振效果优于排桩等非连续屏障,因此,在工程中得到了广泛应用.众多学者对填充沟的隔振效果进行了研究,主要分为试验研究和数值分析两大类.[1]Woods首先进行了一系列的现场全尺寸的试验,对混凝土芯墙的主动和被动隔振效果进行了[2][3]详细的研究.Haupt进行了大量的室内模型试验,研究了填充沟的隔振效果.Ahmad等人则在现场试验的基础上,提出了空沟和填充沟的主动隔振和被动隔振的一些设计原则.在
5、填充580中国科学G辑:物理学力学天文学2008年第38卷第5期[4]沟的理论计算方面,Hildebrand针对填充沟刚性屏障提出了一个简单的二维计算模型,但仅适用于高频和软土地基的情况.由于隔振问题的复杂性,除某些特殊条件外,通常难以获得闭合形式的解答.因此,一般多采用数值计算方法研究屏障的隔振效果.[2,5]Haupt采用有限元法(FEM)分析了混凝土填充沟的二维隔振效果,他认为填充沟的隔振[6]效果主要取决于其截面面积,与截面形状基本无关.Lysmer等人运用集中质量的FEM研究了[7]层状地基中空沟和膨润土泥浆填充沟的隔振效果.Segol等人采
6、用无反射边界的FEM对同一[8]问题进行了计算,证实了Woods在试验中发现的屏障前振动放大现象.此外,Shrivastava等人采用FEM研究了脉冲荷载下填充沟对瑞利波的隔振效果.然而,采用FEM分析屏障隔振效果时,为了避免人工截断边界影响,通常需要取较大的计算区域,从而大大增加了计算量,降低了计算效率.边界元法(BEM)由于采用的格林函数自动满足无穷远辐射条件,因而只需要在半空间表面和土与结构表面进行单元划分,且BEM能够将问题降低一维,特别适合于解决无穷[9,10][11,12]域问题.Beskos和Dasgupta等人、Leung等人采用BEM
7、分别对均质和非均质地基中空[13]沟、填充沟的隔振效果进行了计算分析.Ahmad和Al-Hussaini采用三维精确BEM研究了几何尺寸和材料参数对混凝土填充沟和膨润土填充沟隔振效果的影响,也讨论了不同的填充材料[14][15]的影响.此外,Conter等人采用高阶单元的BEM对填充沟的隔振效果进行了计算分析.近[16][17]期,Andersen等人和Adam等人分别采用FEM-BEM耦合的方法研究了填充沟对列车运行产生的地面振动的屏蔽效果.然而,除少数研究外,目前关于填充沟的研究主要集中在主动隔振,而对于填充沟被动隔振则少有涉及,且主要是二维平面应
8、变分析,无法考虑屏障长度对隔振效果、有效屏蔽区域的影响.BEM分析中一般多采用全空间的格林函数
