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研究了横观各向同性饱和土地基在地表动力荷载作用下的三维瞬态响应。基于饱和多孔介质的三维Biot波动理论,利用Laplace变换,建立圆柱坐标系下横观各向同性饱和土的波动方程;解耦波动方程后,根据算子理论,并借助Fourier展开和Hankel变换技术,得到瞬态荷载作用下,饱和土介质的土骨架位移和应力、孔隙水相对位移和孔隙水压力的一般解;利用一般解,给出横观各向同性饱和地基在地表集中荷载激励下的瞬态Lamb问题的解答。数值算例结果表明,采用各向同性饱和介质的动力学模型,不能准确描述具有明显各向异性特性的饱和土地基的瞬态动力特性。 相似文献
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在考虑横观各向同性含液饱和多孔介质固体骨架和流体可压缩性以及固体骨架的黏弹性特征下,基于横观各向同性含液饱和多孔介质u-w形式的三维动力控制方程,以固相位移u、液相相对位移w为基本未知量,综合运用Laplace变换、双重Fourier变换等方法,在直角坐标系下通过引入中间变量,将六元2阶动力控制方程组化为两组各含4个未知变量的常微分方程组,给出了直角坐标系下横观各向同性含液饱和多孔介质三维黏弹性动力反应的积分形式一般解;作为理论推导的验证,通过引入初始条件和边界条件,对横观各向同性含液饱和多孔介质半空间黏弹性瞬态反应问题进行了求解。解答的退化验证表明,所推导的理论解是正确的。 相似文献
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在竖向荷载和切向荷载共同作用下,求解了具有下卧基岩的横观各向同性土的Biot固结问题。首先,基于Biot固结理论得到控制方程,同时引入3个状态变量;然后,对时间t进行Laplace变换和对半径r进行Hankel变换。利用Laplace-Hankel联合积分变换求解状态方程,得到交通荷载作用下横观各向同性土骨架位移、孔隙水压力等的一般积分形式解。结合算例验证了该方法的正确性,并分析了切向荷载和竖向荷载共同作用下对横观各向同性土层沉降和孔压的影响,可以发现切向荷载和竖向荷载共同作用所产生的前期沉降明显小于竖向荷载单独作用的情况。为了更好地模拟实际情况,竖向荷载还采用正弦循环荷载。在循环荷载作用下,沉降变化周期滞后于荷载周期。 相似文献
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建立了轴对称情形下横观各向同性层状饱和土(TISS)动力问题的反射、透射矩阵(RTM)方法。对横观各向同性饱和土状态向量所满足的偏微分方程组进行Fourier和Hankel变换,得到状态向量所满足的常微分方程组。求解该常微分方程组,得到横观各向同性饱和土状态向量的通解。根据该通解得出了状态向量和波向量的传递矩阵,由波向量的传递矩阵得出了层状土的反射、透射矩阵表达式。利用上述反射、透射矩阵,并结合层状饱和土的边界条件和层间连续性条件,得出了垂直力作用下横观各向同性层状饱和土在变换域内的解。对变换域内的解进行Hankel逆变换,得出了频域内层状饱和土的动力响应。 相似文献
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假定土骨架服从标准线性固体黏弹性本构关系,研究了深埋圆形隧洞的饱和黏弹性土-弹性衬砌耦合系统在轴对称爆炸作用下的瞬态动力响应。首先,基于饱和土的Biot模型和衬砌的弹性理论,通过引入势函数和Laplace变换,利用弹性衬砌和饱和黏弹性土界面处的连续性条件以及边界条件,得到饱和黏弹性土体和弹性衬砌位移、应力和孔隙水压力等在Laplace变换域中的解析解。其次,利用Laplace数值Crump逆变换得到耦合系统在时间域的动力响应,数值分析了不同土体模型下土体-衬砌耦合系统的径向位移和环向应力以及土体孔隙水压力等。结果表明：对不同土体模型的土体-衬砌耦合系统,其在爆炸载荷作用下的动力响应性态基本一致,但动力响应的振动周期和幅值等具有明显的差异。同时,对于饱和黏弹性土-弹性衬砌系统,土体黏性参数对土体径向位移和孔隙水压力有明显的影响,但对土体环向应力影响较小。 相似文献
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粘弹性准饱和土中球空腔的动力响应 总被引：2，自引：0，他引：2
从工程实际出发,采用粘弹性两相介质模型,考虑土骨架的粘性以及流体与固体之间的耦合作用,利用Laplace变换求解了粘弹性准饱和土中球空腔的动力响应问题,得到了变换域内的解析解。借助数值Laplace反变换,数值分析了粘弹性准饱和土中球空腔动力响应的位移、应力及孔压的变化规律。为分析地下结构动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值。 相似文献
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引用了流体饱和两相多孔介质的动力控制方程分析半空间埋置动点源荷载问题的位移和变形。经过Laplace Hankel变换 ,控制方程化成常微分方程组。利用数学软件mathmatic对上述方程组求解 ,可以得到单层砂土的传递矩阵。分析过程中 ,假设在两层面上 ,位移与应力相互连续 ,可以借鉴有限元的思想进行耦合计算。这样就获得了在饱和砂土中施加竖向动荷载问题的Laplace Hankel变换解 ,其最终的解还需要通过Laplace Hankel逆变换得到 相似文献
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基于提出的横观各向同性饱和多孔介质Biot波动方程的一般解,研究了饱和半空间地基在竖向点源简谐激振荷载作用下地表振动的衰减特征,分析了激振频率以及横观各向同性饱和土介质的各向异性参数和孔隙渗透系数对地表振动特征的影响。计算结果表明,低频和高频激振时,地表位移衰减特性存在明显差异;在饱和土的各向异性参数中,纵向和水平方向动态渗透系数比值和刚度系数比值对地表位移衰减影响最大,这也说明采用各向同性饱和介质的动力学模型不能准确地描述具有明显各向异性特性的饱和土地基的动力特性。 相似文献
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列车荷载下轨道系统-层状横观各向同性饱和地基动力响应 总被引：4，自引：0，他引：4
基于Biot波动理论,构建列车荷载-轨道系统-双层状横观各向同性饱和地基模型,将模型分为上覆路轨系统和地层系统。对上覆路轨系统和地层系统处理,并利用双重Fourier变换技术,在变换域中将横观各向同性饱和地基动力响应的求解简化为求解一个6阶控制方程的特征值问题,进而得到了列车荷载作用下双层横观各向同性饱和地基力响应的解析结果。利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果,重点分析了上下土层的刚度和泊松比对位移和孔隙水压力和剪切应力响应的影响,结果表明,上、下土层刚度差异对地基动力响应有较大影响,土层各向异性参数中模量的影响较泊松比大。计算结果可为软土路基加固深度的确定提供理论依据。 相似文献
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三维横观各向同性成层地基的传递矩阵解 总被引：1，自引：0，他引：1
通过解耦变换推导出三维直角坐标系下横观各向同性地基的非耦合状态方程;利用双重Fourier变换以及Cayley-Hamilton定理得到了单层地基的传递矩阵;结合边界条件和层间连续条件进而得其传递矩阵解。编制了相应程序并进行了数值计算与分析,结果表明：数值结果与已有文献结果十分吻合,地基的横观各向同性性质与成层性质对受荷地基中竖向位移和应力的影响较为显著。 相似文献
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利用弹性矩形板与多层地基表面的竖向位移协调条件与光滑接触条件,由横观各向同性多层地基应力与位移非耦合的传递矩阵解,推导出弹性矩形板下竖向应力和位移的解析解。在此基础上,编制了相应的程序,并进行了数值计算。计算结果表明：矩形板刚度对板底竖向位移及板中心下的竖向应力有着较为显著的影响;板底竖向位移及板中心下的竖向应力随着板刚度的增加而减小,相同荷载作用下横观各向同性地基与均匀各向同性地基模型的计算结果差异较大,实际工程中很有必要采用更符合土体性质的横观各向同性地基模型 相似文献
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This paper presents an exact analytical solution to fully coupled axisymmetric consolidation of a semi‐infinite, transversely isotropic saturated soil subjected to a uniform circular loading at the ground surface. The analysis is under the framework of Biot's general theory of consolidation. First, the governing equations of consolidation are transformed into a set of equivalent partial differential equations with the introduction of two auxiliary variables. These partial differential equations are then solved using Hankel–Laplace integral transforms. Once solutions in the transformed domain have been obtained, the actual solutions in the physical domain for displacements and stress components of the solid matrix, pore‐water pressure and fluid discharge can be finally obtained by direct numerical inversion. The accuracy of the numerical solutions developed is confirmed by comparison with an existing exact solution for an isotropic and saturated soil that is a special case of the more general problem addressed. Numerical analyses are also presented to investigate the influence of the degree of material anisotropy on the consolidation settlement. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于Biot两相饱和介质模型,建立具有球形空腔饱和分数导数黏弹性土体稳态振动的控制方程。通过引入势函数,得到球对称情形下具有球形空腔饱和分数导数黏弹性土体的位移、应力和孔隙流体压力等解析表达式。考察分数导数模型参数和饱和土参数等对土体振动特性的影响,结果表明,流体压缩性对饱和土体的动力特性有显著影响,而土骨架压缩性和流-固耦合系数的影响相对较小;分数导数阶数对土体动力特性的影响与材料参数比的取值有关。同时,边界不排水条件下饱和土体的动力响应大于排水条件下饱和土体的动力响应。 相似文献
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This paper treats the dynamic response of a multilayered transversely isotropic fluid saturated poroelastic half-space under surface time-harmonic traction. The governing system of partial differential equations is uncoupled with the use of a set of physically meaningful and complete potential functions that decompose different body waves in a saturated poroelastic transversely isotropic medium. After expressing the equations in the Hankel-Fourier domain, a proper algebraic factorization is applied to generate reflection and transmission matrices for decomposed waves. All responses including displacements, stresses, and pore fluid pressure for both general patch load and point load are presented in the form of semi-infinite line integrals. The verification of the method is confirmed with the degeneration of the solutions presented here to the existing solutions for dried both homogeneous and multilayered elastic half-spaces as well as poroelastic half-space. Selected numerical results are depicted to investigate the effects of layering and pore pressure on responses of a transversely isotropic poroelastic medium. The load distribution effects are studied by comparison of the patch and point load responses. Also, resonance notion and effective parameters on this phenomenon such as layering system and anisotropy contrast are discussed. Significant influence of materials and layering configuration on number and amplitude of resonances depicted through the numerical evaluation. 相似文献