層狀地基中屏障被動隔振三維分析.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，各種人工振動污染日益頻繁，對鄰近的建筑物、地下管線、精密儀器和設備、人們的生活環(huán)境和工作環(huán)境影響越來越顯著。因此，對各種人工振動污染治理的研究，就成為急需解決的重要課題之一。屏障隔振是振動污染治理的一種有效方法，被廣泛的應用到工程實際中。但目前關(guān)于屏障隔振的研究主要基于彈性半空間條件，而對更符合實際的層狀地基中的屏障隔振問題則少有研究，尤其是層狀地基中復雜的三維非連續(xù)屏障被動隔振問題。 本文基于直角坐標下二次形函

2、數(shù)薄層法基本解答，推導了能應用于層狀地基中的積分方程法和半解析邊界元法，對層狀地基下的連續(xù)屏障(空溝、填充溝)和非連續(xù)屏障(排孔、排樁)被動隔振效果進行了詳細分析，主要內(nèi)容有： (1)推導了直角坐標下二次形函數(shù)薄層法的三維和二維基本解答。并利用該解答計算層狀介質(zhì)中被動隔振問題的入射波場及格林函數(shù)基本解，結(jié)合勻質(zhì)地基中的彈性波散射積分方程，求得層狀介質(zhì)中的散射波近似解答。 (2)建立了基于二次形函數(shù)薄層法位移基本解答的半解

3、析邊界元法，在求解屏障隔振問題時，僅需要在屏障與土交界面上進行單元劃分，而不必像常規(guī)邊界元法一樣在土層界面和表面也劃分單元，從而減少了計算工作量，提高了計算效率。 (3)在半解析邊界元法的基礎上，建立了層狀地基中空溝、填充溝的二維邊界元方程，對層狀地基中連續(xù)屏障遠場被動隔振問題中土體分層對屏障隔振效果的影響進行了詳細的分析。結(jié)果表明：對于上軟下硬的分層地基中作為被動隔振的空溝和填充溝，為取得與勻質(zhì)彈性半空間中連續(xù)屏障隔振同樣的效

4、果，需要更大的深度，同時振幅衰減曲線出現(xiàn)明顯的振蕩現(xiàn)象；為使隔振效果滿足Richart要求，當表層土歸一化厚度H＜1.0時，溝深應大于1.3，而1.0≤H≤2.0時，T應當大于1.8；對于上硬下軟的層狀地基，采用空溝被動隔振的振幅衰減系數(shù)也會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象；對于層狀介質(zhì)中的填充溝被動隔振，其隔振效果明顯小于空溝，當表層土歸一化厚度H＜1.0時，溝深應大于1.5，而1.0≤H≤2.0時填充溝深應大于2.0才可能取得較好的隔振效果。

5、(4)建立了層狀地基中排孔、排樁被動隔振問題的三維邊界元計算模型，對層狀地基中的非連續(xù)屏障被動隔振中土的分層及樁土剪切模量比對屏障隔振效果的影響進行了詳細的分析。結(jié)果表明：在層狀地基中設置非連續(xù)屏障，在一定條件下屏障體將作為一個整體起到整體隔振效果。對于層狀地基中的排孔被動隔振，在表層土歸一化厚度H＜1時，當排孔深度T增大到1.5后，再增大T對排孔的隔振效果增加并不明顯；當1.0≤H≤2.0時，為達到理想的隔振效果，孔深應超過2.0。對

6、于上軟下硬層狀地基中排樁被動隔振，排樁的有效深度應約為2.5；對于上硬下軟層狀地基中排樁被動隔振，排樁的有效深度約為2.0；為取得理想的隔振效果，排樁被動隔振中的樁身剪切模量不宜低于30倍表層軟土剪切模量。 (5)利用層狀地基中的排樁被動隔振工程實例，驗證了層狀地基中排樁隔振的可行性及理論研究的結(jié)論。 本文是國家自然科學基金項目“飽和層狀地基Rayleigh波散射及其屏障隔振研究”(N0．50678182)的部分內(nèi)容。