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基于孔隙介质的Biot理论,首先利用Laplace变换,给出圆柱坐标系下横观各向同性饱和弹性多孔介质在变换域上的波动方程;将波动方程解耦后,根据方位角的Fourier展开和径向Hankel变换,求解了Biot波动方程,得到以土骨架位移、孔隙水压力和土介质总应力分量的积分形式的一般解;借助一般解,建立了有限厚度饱和土层和饱和半空间的精确动力刚度矩阵,并由土层的层间界面连续条件建立三维非轴对称层状饱和地基的总刚度方程;在此基础上,系统研究了横观各向同性饱和半空间体在内部集中荷载激励下的动力响应,并给出了问题的瞬态解答.该研究为运用边界元法求解饱和地基动力响应奠定了理论基础. 相似文献
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本文以一海洋深水环境桩柱为例,考虑到海洋地基为两相饱和土介质,基于Biot两相饱和多孔介质理论,通过数值算例分析了饱和介质中瑞利波加速度、位移分布规律并与单相弹性介质地基条件下进行了对比,结果表明,瑞利波主要作用于地表附近且振动幅度随深度衰减很快,饱和地基下的瑞利波影响深度要大于单相弹性地基,在瑞利波地震作用下,考虑两相饱和介质下的桩柱位移响应大于单相弹性介质地基。并且由于桩柱处海洋深水环境,本文对环境水体对桩柱振动响应的影响进行了研究,结果表明,流固耦合效应可明显降低桩柱运动响应,在海洋深水环境地震响应分析时,有必要考虑饱和地基以及流固耦合效应对桩柱运动响应的影响。 相似文献
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二相介质饱和土中群桩动力阻抗分析 总被引：4，自引：0，他引：4
用流体饱和多孔介质材料描述土体，由饱和土和群桩及承台系统的位移协调条件和力平衡条件建立饱和土和群桩及承台系统动力相互作用的控制方程，分析饱和土中群桩动力阻抗。结果表明：孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗有一定的影响；在饱和土具有不同的流体渗透系数时，饱和土中群桩动力阻抗也有一定差别。在地基上与基础结构动力相互作用研究中应该考虑地基土中孔隙流体的影响。 相似文献
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基于Boit饱和多孔介质理论,采用文克勒地基梁模型,研究了表面透水的饱和土介质中桩顶自由的情况下桩对瑞利波的横向响应。计算了:①软土和硬土情况下不同深度桩的响应;②饱和土的孔隙率对桩的响应之影响;③土介质相对刚度对桩响应的影响;④fc-z空间桩响应的分布。结果表明,饱和土介质中桩对瑞利波的横向响应受波的频率、土介质性质、桩—土刚度比等因素的影响。整体来看,瑞利波对桩的横向影响自上而下大致呈衰减趋势,在地表处其影响最大;瑞利波对桩的影响深度随频率的降低而扩大;桩和土之间的水平相对位移幅度与土的孔隙率、刚度比均呈正相关关系;同频率下,相对软土地基来说硬土地基中的桩受瑞利波的影响较深。计算结果对工程抗震设计具有实用价值。 相似文献
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简要综述笔者所在课题组近十年在饱和地基中地下结构抗震研究方面的主要成果,包括：（1）饱和两相介质中波动方程及波动特性的探究;（2）动力有限元计算的传输边界研发;（3）饱和地基中地下结构地震反应离心机模型试验研究;（4）饱和地基中地下结构地震响应的有限元分析;（5）饱和砂土地基中地下结构上浮机理研究等。这些成果以较为深入地研究饱和两相介质波动理论为基础,通过模型试验、数值仿真、机理探究等方法认知饱和地基中地下结构地震反应机理,对于完善饱和地基中地下结构抗震设计方法及提高抗震安全措施等均具有参考价值。 相似文献
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基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显. 相似文献
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考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析 总被引：6，自引：0，他引：6
用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。 相似文献
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本文以饱水两相介质的土力学模型为研究对象,在假定两相介质为弹性介质条件下,采用了显式有限元法和透射边界进行了饱和弹性半空间动力响应问题的研究。为避免谐波输入初始间断的影响,文中提出了一个处理函数,并以弹性半空间为算例,对饱水介质和单相介质分别进行了在底边界P波垂直入射时的动力响应分析,验证了该处理函数的有效性和实用性。 相似文献
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倾斜地层地震液化和滑移的有限元分析 总被引：1，自引：0，他引：1
应用饱和多孔介质动力学分析倾斜地层的土壤动力线性反应、液化和液化滑移问题，地下水位上的地层简化为单相介质层，饱和夹砂层看作是两相介质，水是可压缩的，采用双曲线非线性本构关系，考虑了砂土的剪胀性、刚度退化、滞回特性和土水相对运动等因素。基于土力学模型，建立了适用于分析非自由场地液化的动力方程组，基于是否考虑发生渗流问题，同时建立了两种离散形式：一种是以土骨架位移和水位移为未知量的矩阵方程，另一种是以土骨架位移、水位移和孔隙水压力为未知量的矩阵方程，初步分析了适用于多孔介质波动模拟的离散模型的人工边界问题，形成的方法将有助于问题的解决。 相似文献
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成层粘弹性土中桩土耦合纵向振动时域响应研究 总被引：7，自引：3，他引：7
从三维轴对称角度出发,采用粘性阻尼粘弹性连续土介质模型,考虑桩土相互作用效应,对成层土中桩土纵向耦合振动时的桩顶时域响应进行了解析研究。求解时,首先建立定解问题,然后利用拉氏变换先对底部土层进行求解得到其振动位移形式解,然后利用桩土接触界面连续条件来考虑桩土耦合作用,分析底层土中桩段的动力反应,然后利用桩段阻抗函数的传递性,进行逐层递推求解,最终得到桩顶时域和频域响应的半解析解。通过参数影响分析和与工程实测曲线的对比,讨论分析了成层土中桩土耦合振动的响应特性,验证了本文解。基于本文研究可为桩基抗震、防震设计、桩基动力检测提供新的理论支持。 相似文献
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The dynamic response of a saturated layered soil deposit was modeled on the Princeton University geotechnical centrifuge using various centrifugal acceleration levels. The layered soil deposit consists of a saturated Nevada sand layer overlaid by a silt layer of low permeability. Measured acceleration and pore-water pressure time histories are used to validate the scaling laws used in interpreting dynamic centrifugal modeling test results. Careful measurements of the settlements at the silt surface are performed using a non-contact displacement transducer, and comparisons are made with measurements obtained with a standard linear voltage displacement transducer. Finally, the experimental results are used to verify the validity of the numerical procedures encompassed in the computer code DYNAFLOW. 相似文献
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列车引起场地振动的建模需要能够表达地层的动力格林函数.本文兼顾饱和土的流固两相耦合性、场地土的分层性和波动的三维传播性,构建了半解析的场地动力格林函数.首先,基于Biot方程,在傅里叶变换域求解固体骨架和流体的位移和应力.然后采用传递矩阵方法建立地表位移和应力间的关系,得到格林函数矩阵.进而讨论矩阵的一些固有特征,提出改善竖向位移计算效率的措施.最后利用推导的格林函数计算了几个典型算例.数值结果与文献中其他方法得到的结果十分接近,与场地振动的现场观测试验基本符合.软土场地振动的计算结果高于饱和砂土场地,高速列车场地振动强度高于低速列车.当车速接近场地瑞利波速,模拟结果中显示出马赫锥.数值结果还显示,即使车速略低于瑞利波速,马赫锥也可能出现.本文推导的格林函数将有助于深入理解列车等移动激励作用下层状饱和土场地的振动特征. 相似文献
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Dynamic stiffness matrix of a poroelastic multi-layered site and its Green＇s functions 总被引：3，自引：1，他引：2
Few studies of wave propagation in layered saturated soils have been reported in the literature. In this paper, a general solution of the equation of wave motion in saturated soils, based on one kind of practical Biot‘s equation,was deduced by introducing wave potentials. Then exact dynamic-stiffness matrices for a poroelastic soil layer and halfspace were derived, which extended Wolf‘s theory for an elastic layered site to the case of poroelasticity, thus resolving a fundamental problem in the field of wave propagation and soil-structure interaction in a poroelastic layered soil site. By using the integral transform method, Green‘s functions of horizontal and vertical uniformly distributed loads in a poroelastic layered soil site were given. Finally, the theory was verified by numerical examples and dynamic responses by comparing three different soil sites. This study has the following advantages: all parameters in the dynamic-stiffness matrices have explicitly physical meanings and the thickness of the sub-layers does not affect the precision of the calculation which is very convenient for engineering applications. The present theory can degenerate into Wolf‘s theory and yields numerical results approaching those for an ideal elastic layered site when porosity tends to zero. 相似文献
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考虑各向异性的层土-盾构隧道地震反应数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
在层状各向异性土体-盾构隧道地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对地铁区间盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于盾构隧道动力计算的各向异性弹塑性动力有限元程序。在程序中对于不同的材料采用了不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行各向异性土体与地下结构的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静力和动力数值分析。最后利用所研制的程序进行了上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震动输入下的隧道反应计算。结果表明,在层状土体-地铁区间隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是可行的。 相似文献
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Accurate prediction of the liquefaction of saturated soils is based on strong coupling between the pore fluid phase and soil skeleton. A practical numerical method for large strain dynamic analysis of saturated soils is presented. The u–p formulation is used for the governing equations that describe the coupled problem in terms of soil skeleton displacement and excess pore pressure. A mixed finite element and finite difference scheme related to large strain analysis of saturated soils based on the updated Lagrangian method is given. The equilibrium equation of fluid-saturated soils is spatially discretized by the finite element method, whereas terms associated with excess pore pressure in the continuity equation are spatially discretized by the finite difference method. An effective cyclic elasto-plastic constitutive model is adopted to simulate the non-linear behavior of saturated soils under dynamic loading. Several numerical examples that include a saturated soil column and caisson-type quay wall are presented to verify the accuracy of the method and its usefulness and applicability to solutions of large strain liquefaction analysis of saturated soils in practical problems. 相似文献
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John L. Tassoulas 《地震工程与结构动力学》2011,40(5):531-550
A half‐space finite element and a transmitting boundary are developed for a water‐saturated layered half‐space using a paraxial boundary condition. The exact dynamic stiffness of a half‐space in plane strain is derived and a second‐order paraxial approximation of the stiffness is obtained. A half‐space finite element and a transmitting boundary are then formulated. The development is verified by comparison of the dynamic stiffness of impermeable and permeable rigid strip foundations with other published results. The advantage of using the paraxial boundary condition in comparison with the rigid boundary condition is examined. It is shown that the paraxial boundary condition offers significant gain and the resulting half‐space finite element and transmitting boundary can represent the effects of a water‐saturated layered half‐space with good accuracy and efficiency. In addition, the numerical method described herein maintains the strengths and advantages of the finite element method and can be easily applied to demanding problems of soil–structure interaction in a water‐saturated layered half‐space. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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The indirect boundary element method is used to study the 3D dynamic response of an infinitely long alluvial valley embedded in a saturated layered half-space for obliquely incident SV waves. A wave-number transform is first applied along the valley’s axis to reduce a 3D problem to a 2D plane strain problem. The problem is then solved in the section perpendicular to the axis of the valley. Finally, the 3D dynamic responses of the valley are obtained by an inverse wave-number transform. The validity of the method is confirmed by comparison with relevant results. The differences between the responses around the valley embedded in dry and in saturated poroelastic medium are studied, and the effects of drainage conditions, porosity, soil layer stiffness, and soil layer thickness on the dynamic response are discussed in detail resulting in some conclusions. 相似文献