埋置简谐扭转荷载作用下广义 Gibson饱和地基动力响应
- 格式:pdf
- 大小:569.97 KB
- 文档页数:7
土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论引言:土与基础结构的相互作用是土力学和地震工程领域中的重要研究课题。
在地震和其他动力荷载作用下,土体的动态特性对基础结构的动态响应和稳定性起着至关重要的作用。
本文将介绍土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论,该理论基于弹性连续体力学和Biot动力响应理论,并考虑了饱和土的非均匀渗流效应。
1. 土弹性力学基础土体是一种多孔介质,具有弹性和连续性。
土体的弹性性质可以通过与岩石和金属类似的弹性力学理论来描述。
弹性体在受力时产生应变,并且当撤离力时能够完全恢复到无应变状态。
土体的弹性性质是通过弹性模量和泊松比来表征。
弹性模量是土体在单位应力作用下发生的应变,泊松比是侧向收缩应变与轴向应变之比。
2. 土与结构动力相互作用的Biot理论Biot理论是描述多孔弹性体动力响应的重要理论。
Biot理论考虑了土体的质量,弹性性质和渗流特性,并基于弹性连续体力学和一组渗流方程,提供了解析土体动力响应的框架。
该理论考虑了土体的质量能量平衡、线弹性力学和物质平衡方程。
3. 饱和弹性半空间模型饱和弹性半空间模型是一种简化的土体模型,它可以有效地描述土与基础结构之间的动力相互作用。
半空间指的是没有边界的无限土体模型。
饱和弹性半空间模型的基本假设是土体是均匀饱和、各向同性、弹性均一的介质,且无边界限制。
4. 动力相互作用分析方法饱和弹性半空间模型可以通过数值方法进行分析,例如有限元法和边界元法。
数值方法可以建立基于弹性理论和Biot动力响应理论的土体和结构的数学模型,通过求解模型的运动方程和边界条件来预测土体和结构的动力响应。
5. 非均匀渗流效应的考虑饱和土体中的渗流对土体的动力响应有着重要的影响。
由于渗流,土体中的孔隙水压强度会发生变化,从而改变土体弹性模量和阻尼特性。
非均匀渗流效应的考虑可以通过将渗流过程纳入动力相互作用分析中的渗流方程来完成。
简谐荷载作用下刚性道路系统的动力响应摘要:研究了车辆简谐振动荷载作用下刚性道路系统的动力响应问题。
刚性道路系统模型采用上覆Kirchhoff无限大薄板多孔饱和半空间来模拟。
车辆荷载简化为四个均布矩形简谐振动荷载。
半空间土体引入Biot波动方程,道路系统在时域的动力响应通过快速Fourier变换(FFT)求得,得到了板稳态挠度的数值计算结果和土体孔压数值计算结果,发现道路系统存在临界速度。
最后研究了荷载移动速度,土体的渗透系数,以及荷载振动频率等因素对道路系统动力响应的影响。
0引言目前各国对交通工程结构的设计主要是以静止车辆荷载作用下的结构为力学分析模型。
这在车速较低的情况下是合理的。
但车速较高时,静力荷载模式与运动车辆对交通结构的动力作用相差甚远。
尤其当路基为软土地基时,地基中Rayleigh波波速较低,车辆行驶速度有可能达到或者超过Rayleigh 波速。
路面与土体的动力响应将大幅增大。
因此,研究高速车辆荷载作用下道路系统的动力响应问题在交通运输工程中有着重要的意义。
前人对刚性路面体系的研究一般在力学上简化为黏弹性地基上的板加以研究。
本文通过半解析的方法研究了刚性道路系统的动力响应问题。
道路系统采用上覆无限大薄板多孔饱和半空间土体模型,分别引入Biot波动方程与Kirchhoff 薄板理论来描述半空间土体与上覆薄板。
对荷载移动速度,土体渗透系数,荷载振动频率,板刚度的影响进行了全面而细致的分析,进而探讨道路系统动力响应的特性和规律。
控制方程及求解1.1 板的控制方程与荷载描述用薄板来模拟道路系统的混凝土面层,饱和弹性半空间来模拟路面以下土体,车辆荷载简化为四个大小不变的均布简谐荷载。
本文采用Kirchhoff小变形薄板理论来描述无限大薄板,板的控制方程如下:1.2 多孔饱和半空间土体控制方程及求解1.3 利用边界条件求解根据边界条件,简谐荷载作用下道路稳态响应,有:2.数值结果无量纲的土体参数、混凝土路面参数、以及荷载参数分别见表1、表2、表3。
饱和土地基中现浇大直径管桩水平振动响应解析解饱和土地基中现浇大直径管桩水平振动响应解析解大直径管桩在近年来的地基工程中得到了广泛的应用,特别是在饱和土地基中的使用越来越多。
那么,如何对于饱和土地基中现浇大直径管桩的水平振动响应进行解析呢?在水平振动中,大直径桩会激发出土中的波动,产生一定的反射和折射,导致振动能量逐渐耗散和衰减。
因此,需要对于土体的波动性质进行分析和计算,并建立管桩与土体的耦合模型,以此来求解振动传播的规律和响应特征。
首先,对于饱和土地基中的波动传播,可以根据相似理论和全反射现象进行分析。
在这种情况下,波动会被反射和折射,在传播中受到损耗、衰减和能量转移。
因此,需要考虑土中的波动传递速度、频率响应和衰减系数等因素,以此来描述波动的传播规律和传递特征。
然后,需要建立管桩与土体的耦合模型,以此来描述两者之间的相互作用和影响。
根据力学原理,可以采用弹性理论和数值计算方法,建立管桩与土体的耦合动力学模型,包括桩体与土层之间的接触、摩擦力、阻尼及地震波反射、折射等因素。
该模型可以获得桩周土体的振动特性,包括振幅、频率响应和振动模式等。
最后,需要利用数值计算方法,求解管桩在饱和土地基中的水平振动响应解析解。
可以采用有限元、边元、离散元等方法,进行数值模拟和计算,并得出相应的结果和结论。
通过对模型的分析和计算,可以得到桩周土体的振动特性曲线、振幅比、相位差等参数,以及管桩的振动响应和振幅。
总之,饱和土地基中现浇大直径管桩的水平振动响应解析解需要进行有效的建模和计算,并采用相应的数值方法求解其振动特性曲线和振动响应。
这些参数对于桩基工程设计和施工过程中的地震安全评价具有重要的意义和作用。
地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土动力响应研究张曦唐益群周念清王建秀赵书凯摘要: 以上海地铁二号线静安寺站- 江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象, 通过对隧道周围不同位臵、不同深度土体中预埋土压力盒和孔压计, 进行现场连续动态监测, 对地铁振动荷载作用下饱和软黏土的响应频率、土体响应应力幅值随距离地铁隧道远近以及土体响应应力幅值随深度的变化规律进行研究, 并提出了土体动力响应衰减计算公式, 利用该式可以计算出地铁列车经过时的影响范围及其动力响应值的大小, 可以预测与估算地铁列车振动荷载对周围建筑物的影响情况, 为地铁设计、施工以及安全运营提供有价值的参考。
关键词: 地铁隧道; 振动荷载; 饱和软黏土; 动力响应地铁作为一种安全、舒适、高速的交通工具, 在现代城市中必不可少。
但是, 地铁列车在行驶过程中引起的振动问题是不容忽视的。
有很多模型被用来分析地面上列车荷载作用下产生的地面振动[1-4]。
文献 [5-7]中研究了在列车振动荷载下轨道系统的动力响应, 但其只研究了地基上部结构的响应, 并未研究土的动力响应。
目前 , 国内外对地铁隧道周围饱和软黏土动力响应的研究尚未见到。
然而, 饱和软黏土在地铁列车长期振动荷载作用下将会产生较大的变形[8-9],根据有关监测资料, 上海地铁 1 号线隧道在某些区段出现较大的轴线变形和地面沉降量[10], 给地铁列车的正常运营带来了一定的影响。
地铁隧道的轴线变形和地面沉降直接关系到地铁的安全运营问题, 而其沉降变形首先始于孔隙水压力的变化及其土体应力的变化[11-12]。
因而, 研究地铁隧道周围土体的动力响应对于地铁的设计、施工和安全运营具有重要意义。
1 现场动态监测为研究地铁振动荷载对隧道周围饱和软黏土的影响, 研究中采用现场试验与测试的方法。
研究地点选在上海地铁二号线静安寺站—江苏路站之间。
现场监测采用动态监测系统, 其采样频率可高达 200 Hz,而精度可达 0.1 kPa, 完全可以反映周围土体对列车振动荷载的响应。
车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力仿真分析作者:范新卓戴宗宏宋夫杰刘大维来源:《青岛大学学报(工程技术版)》2019年第02期摘要:; 为解决车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力响应问题,本文以某重型车辆多轮荷载下的埋地管道为研究对象,建立了路管土系统结构的有限元模型。
采用有限元分析软件ABAQUS,考虑沥青混凝土路面结构、土壤特性和管土之间接触特性,分析车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力响应特性,得到不同时刻管道中部管顶处内外壁的等效应力和各向应力变化情况。
结果表明,随着车辆驶近埋地管道,管道内外壁的等效应力和各向应力的数值和分布范围逐渐增加,且呈椭圆分布;随着车辆驶离埋地管道,等效应力和各向应力的数值和分布范围逐渐减小。
管道内外壁等效应力和各向应力均出现两个较大峰值,第一峰值为前轴车轮作用时,第二峰值为轴距较小的中、后轴车轮作用时。
该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的性能研究提供了参考依据。
关键词:; 车辆; 多轮动载; 埋地管道; 动应力; 数值模拟; 有限元中图分类号: U173.92; TE832.2; O334.1 文献标识码: A随着经济水平的日益提高,交通量和车辆载重逐渐增大,且车速也加快,特别是重型车辆,已成为主要的公路交通运输工具。
由于路面不平产生的车辆载荷通过路土作用到埋地管道,导致管道工程发生严重变形及破坏现象,对其正常使用与安全运行带来了极大影响[1]。
因此,车辆荷载作用下埋地管道的动应力响应研究受到诸多学者的重视。
M.A.Noor等人[2]通过将车辆载荷简化为移动恒载,并建立三维管土有限元模型,对车辆垂直载荷作用下埋地管道动力响应进行了分析;A.M.Goltabar等人[3]建立了移动恒载作用下的三维有限元模型,研究了轻型汽车对埋地管道的动力响应,并采用电测应变方法测量管道的应变,验证了研究方法的可行性;吴小刚等人[4]建立了交通荷载作用下管道的EularBernoulli彈性地基梁受力模型,对交通荷载下管土相互作用系统的耦合响应进行了分析;王直民[5]将交通荷载简化为不连续的半波正弦荷载,在考虑管土接触、土体自重应力场以及路基土体弹塑性的基础上,采用有限元法分析了单次和重复交通荷载作用下埋地管道的动力响应规律,探讨了荷载参数、道路结构参数以及路基土体参数对埋地管道动力响应的影响;张土乔等人[6]在考虑了惯性力和管土相互作用影响的前提下,采用基于u-p格式的有限元数值解法分析了饱和土中的管道在交通荷载作用下的动力反应,其中荷载加载采用简单的简谐形式,并引入传输边界条件来模拟土体水平方向的无限性;兰国冠等人[7]以单轮载荷为例,采用ANSYS有限元软件对穿越公路的输气管道在车辆荷载作用下的力学性状进行数值模拟与分析,探讨了横穿道路管道受车辆荷载作用时管道中点应力及竖向位移随时间变化规律;周正峰等人[8]应用ABAQUS有限元软件,考虑管土相互作用,分析了管周附加应力的分布特征,计算了飞机、施工用重型车辆双轴双轮荷载及压路机荷载作用下,管道附加应力及其引起的管道结构应力、变形随管道埋深的变化规律;廖柠等人[9]运用ABAQUS有限元软件建立了输气管道覆盖土壤的三维接触模型,研究不同管径、管道壁厚、管道内压、管道埋深和交通荷载工况等不同条件下埋地管道的应力变化规律。
埋置移动荷载作用下饱和成层地基—梁耦合系统动力响应分析作者:胡安峰李怡君付鹏孙波谢康和来源:《振动工程学报》2018年第01期摘要:针对地铁列车运行中引起的地表振动问题,研究了埋置移动荷载作用下饱和成层地基-梁耦合系统的动力响应。
将地基土体采用Biot饱和多孔介质理论来模拟,将地下轨道结构简化为埋置无限长Euler-Bernoulli梁,埋置移动荷载作用在梁上。
并采用传递透射矩阵法(TRM法)考虑地基的成层性。
利用Fourier变换及逆变换,结合梁与土体间的力与位移连续条件,得到了地基在时间空间域内的动力响应解答。
当饱和成层地基退化为均质黏弹性地基时,所得解与已有解能很好地吻合。
最后,通过数值算例分析了梁的刚度、埋置深度及荷载移动速度、频率等因素对地表振动的影响。
关键词:埋置移动荷载;动力响应;地基-梁耦合系统;TRM法中图分类号:TU435 文献标志码:A 文章编号1004-4523(2018)01-0140-08DOI:10.16385/ki.issn.1004-4523.2018.01.017引言近年来,随着高速铁路和地铁等轨道交通的快速发展,列车运行引起的环境振动问题受到越来越多的关注。
不少学者在该领域进行了深入的研究。
Sneddon,Eason,Hung和Yang等首先将地基考虑为均质线弹性或黏弹性介质模型,对移动荷载作用下(黏)弹性地基的动力响应进行了理论求解。
为考虑轨道结构的作用,Kenney首次研究了移动荷载作用下弹性梁及下卧弹性地基的稳态动力响应问题;chen和Huang将铁路系统简化为黏弹性地基上有限长和无限长的Timoshenko梁,研究了移动简谐荷载和非简谐荷载作用下Timoshenko梁的动力响应问题;Malli等研究了黏弹性地基上无限长Euler-Bernoulli梁在匀速移动点荷载作用下的动力响应问题。
由于饱和土体是一种两相介质,其中土骨架与孔隙水的耦合作用对波在土体中的传播影响较大。
Engineering Frontiers | 工程前沿 |·9·杨华勋,陈箫笛,亓 良(鲁东大学岩土工程重点实验室,山东 烟台 264025)ABAQUS 建立循环荷载作用下的单桩力学响分析模型,利用组合硬化塑性本构关系模拟土体,理想弹塑性本构关系模拟钢筋。
首先通过对比分析常规线弹性桩基模型计算 文献标志码:A 文章编号:2096-2789(2020)22-0009-03作者简介:杨华勋,男,讲师,研究方向为道路桥梁工程。
目前世界范围内海洋工程建设越来越广泛,其基础不但承受自身重力的竖向荷载,还要承受来自海洋的波浪荷载、风荷载和船舶撞击等水平循环荷载的作用,水平循环荷载下桩基础的力学响应较为复杂,其与水平单调加载时桩基力学行为有明显差别。
循环横向荷载作用下桩基础的力学响应也逐渐吸引了很多专家与学者的重点关注[1-3]。
通过模型试验,Basack 等[4]研究了荷载频率、循环次数和位移幅值等因素对桩基周围海相沉积黏土循环软化、弱化问题的影响,得出桩周软黏土软化、弱化程度随着加载频率的增加而增大,而随着循环次数增加反而减小的结论。
通过有限元数值计算和大比尺模型试验,孙永鑫[5]对横向静力及循环加载情况下海上风机大直径桩的受力变形特性及桩土相互作用机制进行了探讨,为大直径海上风电桩基提供了一定的设计参考。
对于承受循环荷载作用的桩体,国内外多数学者把桩体假设为线弹性模型,与实际桩基础受力差距较大,没有考虑桩身混凝土损伤和钢筋屈服的结构破坏形式,只是对桩周土体发生塑性失稳时桩基础的力学响应做了一定研究[6-9]。
范庆来等[10]虽然考虑了桩身混凝土损伤和钢筋屈服对于静力荷载作用下海上单桩水平响应的影响,但是没有考虑循环荷载效应。
文章通过对比考虑混凝土损伤和钢筋屈服的桩基模型与线弹性桩基模型,运用ABAQUS 大型有限元分析软件,研究探讨单桩基础在水平循环荷载作用下的受力性状和变形规律。
水平简谐荷载作用下层状饱和土体动力响应徐满清;金腊华;黎剑华;徐斌;陆建飞【期刊名称】《岩土力学》【年(卷),期】2009()9【摘要】根据Biot波动理论,采用传递、反射矩阵(TRM)方法研究了水平简谐荷载作用下层状饱和土动力响应问题。
由Helmholtz矢量分解求出基本解,再利用TRM法推导了层状饱和土动力响应,并由数值Hankel逆变换得到层状土地基位移、应力及孔压在空间域内的解。
利用计算结果与已有结果相比较,二者相吻合,验证了算法的正确性。
算例分析表明,水平简谐荷载作用在有软弱夹层的层状土体中比均质土中具有更显著的动力响应,尤其是软夹层上下有硬土层时,会引起软弱夹层土体孔隙水压升高、位移幅值增大、土体波动性增强;而荷载作用硬夹层及夹层上下有软土层时,情况则相反。
【总页数】10页(P2633-2642)【关键词】水平简谐荷载;层状饱和土;Biot波动方程;Hankel变换;TRM法【作者】徐满清;金腊华;黎剑华;徐斌;陆建飞【作者单位】南昌大学环境科学与工程学院;南昌工程学院土木工程系;上海交通大学土木工程系;江苏大学土木工程系【正文语种】中文【中图分类】O319.56【相关文献】1.简谐环形荷载作用下饱和土体中 [J], 黄晓吉;扶明福;徐斌;黎剑华2.简谐移动荷载作用下饱和土地基上无限长梁的动力响应 [J], 黎剑华;徐斌;刘优平;赵江倩3.高速移动简谐荷载下层状多孔饱和固体的动力响应 [J], 陈远国;金波4.简谐环形荷载作用下饱和土体中圆形衬砌隧洞的动力响应研究 [J], 黄晓吉;扶明福;徐斌;黎剑华因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
瞬态扭矩作用下横观各向同性饱和地基的响应吴大志;蔡袁强;徐长节;占宏【期刊名称】《浙江大学学报(工学版)》【年(卷),期】2007(041)001【摘要】通过Laplace-Hankel联合变换技术求解了横观各向同性饱和地基在瞬态扭转荷载作用下的动力方程,结合冲击荷载的具体分布形式,给出了地基内位移和剪应力在积分变换域内的解;通过Laplace-Hankel逆变换给出了位移和剪应力的积分形式解.数值算例考虑了作用于地基表面圆形区域的荷载分别为线性分布和静刚性分布两种情况,分析了地基内的最大切向位移和最大剪应力沿径向和竖向的变化规律.数值研究表明,冲击剪应力的分布形式对地基内最大位移和剪应力的变化规律影响不大,土体的渗透系数对瞬态扭转荷载作用下地基的动力响应影响不明显,而地基的各项异性程度指标对最大切向位移和最大剪应力都有很大的影响.【总页数】7页(P97-103)【作者】吴大志;蔡袁强;徐长节;占宏【作者单位】浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江理工大学,土木工程学系,浙江,杭州,310018;浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TU435【相关文献】1.移动荷载作用下横观各向同性饱和地基的动力响应 [J], 孙宏磊;蔡袁强;徐长节2.横观各向同性饱和地基中埋置荷载的非轴对称瞬态响应 [J], 王小岗3.移动载荷作用下横观各向同性地基上无限板的动力响应 [J], 房营光4.横观各向同性饱和层状地基的三维稳态动力响应 [J], 黄义;王小岗5.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 [J], 叶俊能因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
饱和土中管桩的扭转振动特性研究
靳建明;张智卿;吴章土;李西斌
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2015(000)011
【摘要】基于 Biot 提出的饱和多孔介质的波动方程,研究了均质各向同性饱和土中端承管桩的扭转振动问题。
首先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解,然后对管桩的动力平衡方程进行求解,得到了管桩桩顶转角解析解,进一步通过数值算例分析了桩周土与桩芯土的物理力学参数对管桩桩顶复刚度和桩身转角的影响。
数值分析结果表明,在动力基础设计所关注的低频段,桩周土与桩芯土的剪切模量比、壁厚以及桩的长径比对管桩的动力响应有较大的影响,而液固耦合系数的影响很小。
【总页数】7页(P52-57,92)
【作者】靳建明;张智卿;吴章土;李西斌
【作者单位】浙江树人大学城建学院,杭州 310015;浙江树人大学城建学院,杭州 310015;浙江树人大学城建学院,杭州 310015;浙江农林大学土木工程系,杭州 311300
【正文语种】中文
【中图分类】TU47
【相关文献】
1.横观各向同性饱和土中埋置弹性桩的扭转振动 [J], 陈刚;蔡袁强;徐长节
2.饱和土中部分埋入桩基础的扭转振动特性研究 [J], 张智卿;施桂枫
3.任意形式荷载作用下饱和土中桩的扭转振动特性研究 [J], 靳建明;张智卿;王奎华;李强
4.桩顶柔性约束下非均质饱和土中管桩扭转振动研究 [J], 李亚楠;章敏;王栋梁;周忠超
5.基于多孔介质理论的径向非均质饱和土中管桩的扭转振动 [J], 闫启方;刘林超;牛洁楠
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。