層狀地基中屏障被動(dòng)隔振三維分析.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，各種人工振動(dòng)污染日益頻繁，對(duì)鄰近的建筑物、地下管線、精密儀器和設(shè)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(duì)各種人工振動(dòng)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(dòng)污染治理的一種有效方法，被廣泛的應(yīng)用到工程實(shí)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(duì)更符合實(shí)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(fù)雜的三維非連續(xù)屏障被動(dòng)隔振問題。 本文基于直角坐標(biāo)下二次形函

2、數(shù)薄層法基本解答，推導(dǎo)了能應(yīng)用于層狀地基中的積分方程法和半解析邊界元法，對(duì)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(dòng)隔振效果進(jìn)行了詳細(xì)分析，主要內(nèi)容有： (1)推導(dǎo)了直角坐標(biāo)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(jì)算層狀介質(zhì)中被動(dòng)隔振問題的入射波場(chǎng)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(shí)，僅需要在屏障與土交界面上進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，而不必像常?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(jì)算工作量，提高了計(jì)算效率。 (3)在半解析邊界元法的基礎(chǔ)上，建立了層狀地基中空溝、填充溝的二維邊界元方程，對(duì)層狀地基中連續(xù)屏障遠(yuǎn)場(chǎng)被動(dòng)隔振問題中土體分層對(duì)屏障隔振效果的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。結(jié)果表明：對(duì)于上軟下硬的分層地基中作為被動(dòng)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(shí)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(dāng)表層土歸一化厚度H＜1.0時(shí)，溝深應(yīng)大于1.3，而1.0≤H≤2.0時(shí)，T應(yīng)當(dāng)大于1.8；對(duì)于上硬下軟的層狀地基，采用空溝被動(dòng)隔振的振幅衰減系數(shù)也會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象；對(duì)于層狀介質(zhì)中的填充溝被動(dòng)隔振，其隔振效果明顯小于空溝，當(dāng)表層土歸一化厚度H＜1.0時(shí)，溝深應(yīng)大于1.5，而1.0≤H≤2.0時(shí)填充溝深應(yīng)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(dòng)隔振問題的三維邊界元計(jì)算模型，對(duì)層狀地基中的非連續(xù)屏障被動(dòng)隔振中土的分層及樁土剪切模量比對(duì)屏障隔振效果的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。結(jié)果表明：在層狀地基中設(shè)置非連續(xù)屏障，在一定條件下屏障體將作為一個(gè)整體起到整體隔振效果。對(duì)于層狀地基中的排孔被動(dòng)隔振，在表層土歸一化厚度H＜1時(shí)，當(dāng)排孔深度T增大到1.5后，再增大T對(duì)排孔的隔振效果增加并不明顯；當(dāng)1.0≤H≤2.0時(shí)，為達(dá)到理想的隔振效果，孔深應(yīng)超過2.0。對(duì)

6、于上軟下硬層狀地基中排樁被動(dòng)隔振，排樁的有效深度應(yīng)約為2.5；對(duì)于上硬下軟層狀地基中排樁被動(dòng)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(dòng)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(dòng)隔振工程實(shí)例，驗(yàn)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(xué)基金項(xiàng)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。