移动荷载作用下地基土振动的TLm-PML理论分析方法及振动特性研究

摘要

近年来，由交通引起的环境振动问题日益突出，因此如何有效预测土体振动及振动的传递规律显得尤为重要。本文采用边界为理想匹配层的薄层法(TLM-PML方法)建立了荷载作用下地基土的振动模型，计算分析了移动荷载作用下地基土的振动特性，研究了地基土振动的传递规律及其影响因素。主要研究内容包括:
　　(1)介绍了薄层法（TLM)的基本原理，分别推导了点荷载作用下地基土振动的2.5维和3维基本解，以及矩形荷载作用下地基土振动的2.5维基本解;阐述了理想匹配层(PML)的能量耗散原理，进而采用PML及TML结合的方法求解了地基土的振动，并以均匀全空间地基土模型为例，将计算结果与解析解进行对比，验证了本文采用的TLM-PML方法的有效性。
　　(2)推导了移动荷载作用下地基土振动的理论解，并结合算例计算分析了荷载的移动速度（分为低波速、跨波速、超波速三种情况）和地基土参数对弹性半空间、分层弹性半空间地基土振动的影响，以及简谐荷载激振频率对弹性半空间、分层弹性半空间地基土振动的影响。
　　(3)深入研究了移动点荷载、移动荷载列、矩形荷载作用下地基土振动沿水平方向和深度方向的传递规律，分析了地基土剪切波速比、土层厚度、荷载移动速度、激振频率对振动传递规律的影响。
　　本文的研究成果对交通引起的环境振动的预测评估具有重要的理论意义和参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 地基土振动的研究综述

1．2．1 地基土模型

1．2．2 地基土模型的边界条件

1．2．3 地基土振动的研究方法

1．2．4 数值模型维数的选取

1．3 移动荷载作用下地基土振动问题的研究现状

1．4 本文研究内容

2 TLM-PML方法求解地基土振动的基本解

2．1 地基土模型的建立

2．2 地基土动力特征参数的选取

2．2．1 完全弹性地基土模型

2．2．2 考虑材料阻尼的弹性地基土模型

2．3 基于薄层法(TLM)推导地基土振动的基本解

2．3．1 薄层法基本理论

2．3．2 基于TLM方法推导地基土在波数—频率域的基本解

2．3．3 基于TLM方法推导地基土在空间—波数域的基本解

2．4 理想匹配层(PML)的边界理论及有效性验证

2．4．1 PML的边界理论

2．4．2 PML边界有效性的验证

2．5 基于TLM-PML方法求解地基土的振动

2．5．1 PML边界在TLM中的应用

2．5．2 基于TLM-PML方法求解地基土振动的编程实现

2．6 TLM-PML方法的验证

2．7 本章小结

3 移动荷载引起地基土振动的理论推导及影响因素分析

3．1 移动荷载引起地基土振动的理论推导

3．1．1 Betti-Rayleigh动力互易定理

3．1．2 Green函数的互易性

3．1．3 移动荷载作用下地基土振动的理论推导

3．2 移动的常力荷载和简谐荷载引起的地基土振动

3．2．1 移动常力荷载

3．2．2 移动简谐荷载

3．3 地基土振动影响因素分析

3．3．1 移动常力荷载下振动影响因素分析

3．3．2 移动简谐荷载下振动影响因素分析

3．4 本章小结

4 移动荷载引起地基土振动的传递规律研究

4．1 研究方法及参数选取

4．1．1 位移的频域微分

4．1．2 本文用到的振动评价指标

4．1．3 研究方法及受振点布置

4．1．4 地基土参数的选取

4．2 移动点荷载作用下地基土振动的传递规律

4．2．1 移动常力荷载作用下地基土振动的传递规律

4．2．2 移动简谐荷载作用下地基土振动的传递规律

4．3 移动简谐荷载列作用下地基土振动的传递规律

4．3．1 荷载列参数

4．3．2 移动简谐荷载列引起的地基土振动特性

4．3．3 移动简谐荷载列作用下地基土振动的传递规律

4．4 移动矩形简谐荷载作用下地基土振动的传递规律

4．4．1 矩形荷载参数

4．4．2 移动矩形简谐荷载引起的地基土振动特性

4．4．3 移动矩形简谐荷载作用下地基土振动的传递规律

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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