移動荷載作用下正交各向異性地基動力響應(yīng)研究.pdf

1、在高速公路等交通道路建設(shè)中，路基、路面變形與穩(wěn)定性的控制業(yè)已成為工程質(zhì)量控制的主要技術(shù)難題。準(zhǔn)確地掌握移動荷載作用下土體的動力特性以及路基、路面結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)對于交通工程、土木工程及地震工程等工程領(lǐng)域具有重要的理論意義和很高的實際應(yīng)用價值。
　　本文采用正交各向異性彈性半空間模型、以位移分量為基本未知量，在直角坐標(biāo)系下，針對移動荷載作用時正交各向異性地基的二維和三維動力響應(yīng)及正交各向異性地基-路面（板）的相互作用進行了系統(tǒng)研究;建

2、立了移動荷載作用下層狀正交各向異性地基平面應(yīng)變問題計算模型，應(yīng)用傳遞矩陣方法，研究了直角坐標(biāo)系下層狀地基在任意深度處的平面應(yīng)變問題動力響應(yīng)。主要工作和研究成果如下:
　　(1)建立了任意形式表面動荷載作用下正交各向異性地基平面應(yīng)變問題力學(xué)分析模型、推導(dǎo)了直角坐標(biāo)系下正交各向異性地基平面應(yīng)變問題的動力偏微分方程;結(jié)合初始條件、邊界條件，采用Laplace-Fourier變換和逆變換方法，得到了正交各向異性地基任一點在任何時刻的動力響

3、應(yīng)的積分形式解;編制了計算程序，退化驗證了積分解的正確性，算例結(jié)果表明:考慮土體的正交各向異性更能準(zhǔn)確地描述地基的動力特性。
　　(2)建立了正交各向異性地基三維動力問題的力學(xué)模型，將車輛荷載函數(shù)通過傅里葉級數(shù)展開為若干個簡諧荷載之和，引入移動坐標(biāo)系，推導(dǎo)了移動諧振荷載作用下正交各向異性地基三維振動方程。結(jié)合初始條件、邊界條件，采用雙重Fourier變換和逆變換方法，求得了空間問題的穩(wěn)態(tài)動力響應(yīng)積分形式解，并通過算例探究了土體參數(shù)

4、和荷載參數(shù)的變化對地基振動傳播的影響規(guī)律。結(jié)果表明:荷載移動速度對地基動力響應(yīng)的影響較為復(fù)雜，需劃分不同的速度區(qū)間來討論;荷載諧振頻率越大，土體表面豎向位移和深度1m處的豎向正應(yīng)力越小;荷載中心點處的豎向正應(yīng)力值隨深度的增加而銳減。
　　(3)基于Kirchhoff薄板理論和彈性動力學(xué)理論，采用Kirchhoff小變形無限大彈性薄板來模擬路面，正交各向異性彈性半空間來模擬路面以下的土體，建立了移動諧振荷載作用下正交各向異性地基上覆

5、無限大彈性板的路基路面平面應(yīng)變問題力學(xué)模型，推導(dǎo)了三維空間力學(xué)模型和動力微分方程。引入移動坐標(biāo)系，采用坐標(biāo)變換、Fourier變換和逆變換方法，結(jié)合初始條件、邊界條件和應(yīng)力變形協(xié)調(diào)條件，求得了移動諧振荷載作用下無限大板的撓度和薄板與地基之間的接觸應(yīng)力等動力響應(yīng)的積分形式解。通過算例分析、研究了土體參數(shù)、板參數(shù)、荷載參數(shù)對路基路面動力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:考慮土體的正交各向異性能更準(zhǔn)確描述路基路面相互作用的動力響應(yīng);增大板彈性模量或板

6、厚是減小板變形、接觸應(yīng)力的較佳措施;在混凝土密度范圍內(nèi)，沒有必要對板的密度進行精確測量;需劃分不同的速度區(qū)間來討論荷載移動速度對路基路面的動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律;隨著荷載諧振頻率的增大，板位移最大值減小，接觸應(yīng)力最大值增大。
　　(4)基于移動諧振荷載作用下單層正交各向異性地基的平面應(yīng)變問題的動力方程，引入狀態(tài)向量，通過Fourier變換，推導(dǎo)了單層正交各向異性地基的傳遞矩陣;建立直角坐標(biāo)系下層狀正交各向異性地基平面應(yīng)變問題計算模型，