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列车运行时由轨道不平顺引起的地基振动研究 总被引：2，自引：1，他引：1
采用半解析法研究了列车荷载作用下列车-轨道-饱和地基系统的耦合振动问题。研究模型共分为3部分：车体简化为一个多刚体系统,在车轮与钢轨之间引入线性Hertizian弹簧接触模型模拟轮轨动力相互作用、采用离散轨枕支撑的弹性Euler梁来模拟轨道系统、下卧土体采用多孔饱和半空间模型。列车荷载分为轴重和由轨道不平顺引起的轮轨动力相互作用力。采用Fourier变换分别求解各子系统的控制方程,并通过动力子结构法对各子系统进行耦合。土体在时域内的动力响应通过快速Fourier变换求得。在分析了轮轨动力相互作用力的基础上,研究了轮轨动力作用力和列车轴重作用下饱和地基的动力响应,并分析了轨枕间距和土体渗透系数对饱和地基振动响应的影响。研究表明,轮轨动力作用力对地基远场振动有重要贡献,同时枕木间距对轨道与地基振动响应有较大影响。 相似文献
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为研究空沟对高速列车引起地基振动的隔振效果,在已有研究基础上改进出一种新的解析研究模型。模型中首次运用了饱和半空间模型来研究地基上隔振沟对高速列车的隔振效果;隔振沟则通过在饱和半空间土体上设置3个合适宽度、截面为矩形的弹性层来模拟;中间矩形弹性层为路堤,路堤上方放置了枕木与轨道。枕木与轨道分别通过纵向异性Kirchhoff薄板与Euler梁来模拟,饱和土地基采用Biot多孔饱和介质理论来描述。控制方程通过傅立叶变换与傅立叶级数展开,在变换域中进行求解。研究表明,随着列车运行速度的提高,空沟的隔振效果明显提高;饱和土体固-液相的耦合作用对隔振沟的隔振效果的影响明显,尤其当列车运行速度超过土体表面Rayleigh波速时,随着土体渗透系数的增加,空沟隔振效果显著降低。此外,列车运行速度超过土体表面波速时,饱和土地基上空沟的隔振效果明显优于相应单相弹性地基上空沟的隔振效果。 相似文献
3.
基于Biot提出的饱和土波动方程,研究了埋置于单层饱和地基中的有质量的刚性圆柱基础的竖向振动问题。运用Hankel积分变换求解饱和土基本动力方程,并考虑基础与地基接触面的混合边值条件,求得了基础底面和基础侧面的动反力,结合基础振动的动力平衡方程,得到了基础竖向振动振幅和地基等效动力刚度的表达式。数值分析结果表明：下卧基岩饱和地基的等效动力刚度和基础振动振幅都呈现出明显的波动现象,土层厚度、基础埋深比、基础质量比对埋置基础的竖向振动有很大影响。 相似文献
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基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中液相和气相的相互影响,研究了非饱和土地基中Rayleigh波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立了问题的弹性波动方程。通过引入势函数及考虑自由透水（透气）的边界条件,经过理论推导给出了非饱和土中Rayleigh波的弥散特征方程。通过数值算例分析了Rayleigh波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明：不同饱和度下波速随频率和固有渗透系数的变化均是先不变,然后小幅下降,再急剧增加,最后趋于一致;衰减系数在不同饱和度下随频率的增大而增大,随固有渗透系数的增大而先增大后减小。 相似文献
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饱和土半解析边界元法及在双排桩被动隔振中的应用 总被引：1，自引：1，他引：0
针对均质饱和地基中双排桩远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法（TLM）基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效地分析饱和半空间的土-结构动力相互作用问题。在此基础上,根据双排桩与周围土体的邻接条件,推导了双排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对双排桩的远场被动隔振问题进行了研究。结果表明：双排桩能够有效地降低屏障后的位移振幅,其隔振效果要优于单排桩;排间净距对隔振效果影响不大,而桩间净距则对双排桩隔振效果起控制作用。 相似文献
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考虑到地基在竖直方向上的非均匀性,结合扭转振动的特点,建立了简谐扭转动荷载作用时剪切模量随深度增大的广义Gibson饱和地基的动力方程,通过积分变换求解了动力方程。考虑到半空间地基表面处应力自由、埋置圆板所在平面为混合边界和无穷深度处为波的辐射边界等条件,得到了广义Gibson饱和地基中刚性圆板扭转振动时的对偶积分方程,通过合适的变换转化成了一个第2类Fredholm积分方程,求解了相应的动力响应问题。对比静扭距作用时的荷载-位移关系,给出了动力柔度系数和扭转角位移幅值的表达式,并把所研究的问题进行退化且与前人成果进行了对比。数值研究表明：当基础的埋置深度小于5倍基础半径时,广义Gibson饱和地基中埋置基础的扭转振动存在明显的边界层现象,且埋置深度越小,边界层现象越明显。 相似文献
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利用Muki和Sternberg的虚拟桩法,研究了饱和土体地基中排桩对移动荷载引起振动的被动隔振效果。隔振桩作为一维杆,饱和土体满足Biot理论。利用已有的移动荷载作用下的饱和土体的自由波场解及饱和土体内部受竖向圆形分布荷载作用下的基本解,建立了频域内土-桩的第2类Fredholm积分方程。通过Fourier逆变换得到时间域内评价隔振效果的振幅比。与已知文献结果相比较,验证了方法的正确性。数值结果表明,荷载速度对排桩的隔振效果有一定影响,即在相同隔振系统情况下,单排桩对低速荷载引起振动的隔振效果比高速移动荷载效果好。同时,较高速时的最佳桩长比低速时要短。 相似文献
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土体受冲击时Rayleigh波作用机制探讨 总被引：3，自引：2，他引：1
土体受冲击作用(或称强夯)时Rayleigh波（简称R波）的产生与传播对土体起着不可忽视的作用,重点研究了R波在强夯加固地基中的作用,并结合土体的振动特性,对R波的传播特点、影响深度、引起的变形和体积变化规律进行了讨论。结果表明,R波为强夯法的有效加固波形,其影响深度约为一个波长左右,且对锤底土能起到加密作用,对夯坑以外的土表面在R波的传播过程中有变松作用。结合工程实例给出了成层地基土中R波弥散曲线的求解方法和科学估算强夯影响深度的方法。突破了一直沿用至今的Menard估算加固深度公式的局限。由此可得出,R波在强夯加固地基中有较大的贡献,并非是单纯的有害波的结论。 相似文献
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基于弹性半空间理论,研究两个相邻明置条形基础的摇摆动力相互作用,将各条形基础与地基的接触面分割成若干个子单元,各单元的位移由基础的刚体位移决定。推导了非对称简谐条形均布载荷作用下弹性地基位移的格林函数,通过分段积分及Cauchy主值积分处理多值广义函数的积分问题。运用所得格林函数求解各单元上的接触力,根据叠加原理得到土与相邻明置条形基础的摇摆动力耦合阻抗函数,详细分析了基础和地基参数对摇摆动力相互作用的影响。计算表明,当两明置条形基础距宽比S/L≤4.0时,应考虑其摇摆动力相互作用效应。所提方法具有计算简便和精度高的特点,对全频段阻抗函数的计算均适用,研究结果为结构抗震设计中考虑土体与多基础的动力相互作用提供了理论依据。 相似文献
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This paper presents an analysis of the rocking vibrations of a rigid cylindrical foundation embedded in poroelastic soil. The foundation is subjected to time‐harmonic rocking excitation and is perfectly bonded to the surrounding soil. The soil underlying the foundation base is represented by a homogeneous poroelastic half‐space, whereas the soil along the side of the foundation is modeled as an independent poroelastic stratum composed of a series of infinitesimally thin layers. The behavior of the soil is governed by Biot's poroelastodynamic theory. The contact surface between the foundation base and the poroelastic soil is assumed to be smooth and either fully permeable or impermeable. The dynamic interaction problem is solved by employing a simplified analytical method. Some numerical results for the nondimensional rocking dynamic impedance and nondimensional angular displacement amplitude of the foundation are presented to show the effect of nondimensional frequency of excitation, poroelastic material parameters, hydraulic boundary condition, depth ratio and mass ratio of the foundation. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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为研究综合管廊动力边界条件对地震动力响应的影响,以厦门地区的代表性土层为例,建立动力有限元数值模型,土体本构采用小应变硬化模型,分别设定固定边界、黏性边界和自由场3种人工边界条件,进行Rayleigh波和地震底部剪切波作用下的场地响应研究;并根据变形特征及拟绝对加速度反应谱（PSA）评价3种边界的有效性,提出综合管廊地震动力分析的优化动力边界组合方法。研究表明：在地震波（底部水平加速度时程）及Rayleigh波的作用下,由于考虑了黏性边界对外行波的吸收,但未考虑地震动的输入问题及边界外半无限介质的弹性恢复性能,边界会对模型内部土体的水平位移产生限制作用,使得场地内水平位移响应偏小,而采用自由场边界则基本不存在这种限制作用,表现出强烈的振荡;采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,在Rayleigh波和底部加速度时程共同作用下,二者引起的动力响应交叉干扰较少,可按线性叠加处理;同时,黏性边界对地震波引起的动力响应有一定范围的吸收,自由场边界对Rayleigh波引起的动力响应也有一定范围的变形限制影响。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。 相似文献
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A row of rigid piles is addressed as the countermeasures for isolating Rayleigh waves in a poroelastic half‐space. The complex characteristic equations for Rayleigh waves are derived via Biot's theory and their existence conditions are given. The piles are modeled as Euler–Bernoulli beams with longitudinal displacements and the diffracted field by each pile is constructed only with Rayleigh waves. Six infinite linear systems of algebraic equations are obtained in terms of the equilibrium of forces and continuity of displacements at the pile–soil interfaces. The systems are subsequently solved in the complex least‐squares sense. The influence of certain pile and soil characteristics such as the permeability of poroelastic soil, spacing between the piles and length of the piles on the isolating performance of a pile barrier is investigated. Computed results show that the permeability of poroelastic soil displays a significant effect on the vertical amplitude reduction of Rayleigh waves. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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基于土-结构动力相互作用（SSI）的原理,将求解包含局部复杂地形的散射场问题,分解为规则开挖场地的动刚度、包含复杂构造散射体的动刚度和自由场波动输入3个问题的求解,并依据子结构控制方程,提出了一种高精度的比例边界有限（SBFEM）计算模型。通过计算半圆形河谷和半圆形沉积河谷两个算例,验证了SBFEM计算模型的正确性。较为系统地讨论了矩形峡谷、垂直断层和孤凸山体等常见复杂地形对Rayleigh波场的散射作用。结果表明：峡谷深度、软弱断层破碎带和孤凸山体对Rayleigh波都有一定阻挡作用;峡谷宽度、断层宽度和硬性断层填充物等因素对Rayleigh波散射作用影响不明显。SBFEM分析模型可应用于隔震沟、隔震帷幕设计,对大坝、桥梁等工程的选址提供有益的建议。 相似文献
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The dynamic response of a rigid strip footing lying on saturated soil is greatly affected by the pore pressure induced by a rocking moment. To consider the complex behavior of the soil under the rocking load, an analytical solution for a rigid strip foundation on saturated soil under a rocking moment is developed under the framework of Biot’s coupling theory. The boundary-value problem for the governing coupling equations for saturated soil is solved using a Fourier transform to yield a pair of dual integral equations. These dual integral equations are transformed into a set of linear equations using an infinite series of orthogonal Jacobi polynomials to yield the compliance functions. In addition, a parametric study has been carried out to examine the influence of: (1) the dimensionless frequency, (2) the dynamic permeability and (3) the Poisson’s ratio on saturated soil under a rocking rigid strip footing. 相似文献
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综合管廊由于埋深较浅,在抗震分析中应考虑Rayleigh波的作用,为研究Rayleigh波与底部地震加速度共同作用下综合管廊的动力响应特征,建立双仓的综合管廊三维动力有限元数值模型,土体采用考虑滞回环特性的高级本构模型（HSS模型）,通过边界上多次脉冲荷载生成Rayleigh波,模型底部横向分别作用Upland波、Kobe波、Taft波,并与仅考虑底部横向作用的常规时程分析进行对比。研究表明:综合管廊结构的横向动力响应主要受横向地震波影响,结构纵向动力响应受沿其轴向入射的Rayleigh波影响相对较大;采用Rayleigh波+底部地震波的输入方法比单独底部地震波输入得到的结构动力响应整体上要更显著一些;输入不同的地震加速度时程,管廊动力反应规律相似,但综合管廊结构影响大小有差异,可见底部地震波与地表Rayleigh波作用的匹配程度对结构动力响应结果有一定影响。研究成果可供地下综合管廊结构地震动力响应精细化数值分析及抗震设计参考。 相似文献
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饱和土中刚性排桩对平面SV波的隔离分析 总被引：3，自引：2，他引：1
在Biot波动理论的基础上,用单排刚性排桩作为屏障,对全空间饱和土中入射平面SV波进行了隔离分析。采用波函数展开法,将散射波的势函数展开成Fourier-Bessel级数的形式,利用一组可以求解多散射问题的圆柱坐标系统和桩土界面处位移连续的条件,以及刚性桩的动力平衡条件,得到问题的理论解。对影响排桩隔离效果的桩间距和饱和土的渗透系数等参数进行了分析,结果表明,桩间距对饱和土中排桩的隔离效果有较明显影响;与弹性土体中排桩的隔离效果相比,饱和土中排桩的隔离效果有所不同,随着饱和土渗透系数的减小,排桩的隔离效果越好。 相似文献