準(zhǔn)飽和土波動(dòng)特性及動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、土介質(zhì)中的波動(dòng)理論是土動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，已成為土木工程、地震工程及地球物理等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性研究課題。本文基于三相介質(zhì)動(dòng)力控制方程，對(duì)準(zhǔn)飽和土中波的傳播特性及動(dòng)力響應(yīng)問題作了深入、全面系統(tǒng)的研究。 文中首先從微觀視角對(duì)準(zhǔn)飽和土微觀各相的性質(zhì)進(jìn)行了全面分析，包括土動(dòng)力學(xué)研究中最為關(guān)心的土顆粒大小分布、剛度、質(zhì)量密度和阻尼以及飽和度等影響因素，重點(diǎn)討論了氣體的動(dòng)力特性，分析了準(zhǔn)飽和土中氣體的形態(tài)及分布特征，氣體壓縮對(duì)流體

2、壓縮性以及準(zhǔn)飽和土體體變的重要影響，以及氣泡振動(dòng)對(duì)周圍液體及多孔介質(zhì)波動(dòng)特性的影響，基于準(zhǔn)飽和土微觀動(dòng)力特性提出了準(zhǔn)飽和土簡(jiǎn)化模型并對(duì)其合理性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。對(duì)三相介質(zhì)準(zhǔn)飽和土波動(dòng)方程進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)和系統(tǒng)分析，對(duì)比了 Biot 理論和混合物波動(dòng)理論的一致性及主要區(qū)別所在，提出了準(zhǔn)飽和土波動(dòng)特性研究的三相介質(zhì)動(dòng)力控制方程，對(duì)波動(dòng)理論適用土體的范圍進(jìn)行了討論，重點(diǎn)分析了土體滲透性及孔隙尺寸分布特征的影響。 基于三相介質(zhì)準(zhǔn)飽和土波動(dòng)理論，

3、采用數(shù)值方法研究了準(zhǔn)飽和土中三種體波(第一P波，第二P波和S波)的傳播特性，考慮孔隙率與土骨架剛度的相關(guān)關(guān)系，全面分析了孔隙率、飽和度、頻率和泊松比等對(duì)準(zhǔn)飽和土中各體波傳播和衰減的綜合影響，應(yīng)用前人試驗(yàn)結(jié)論對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，分析了準(zhǔn)飽和土與飽和土、氣飽和土中波的傳播特性的異同。 基于三相介質(zhì)準(zhǔn)飽和土波動(dòng)理論，考慮土顆粒和孔隙流體的壓縮及流體的粘滯性，首次對(duì)準(zhǔn)飽和土中瑞利波的傳播特性進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，考察了邊界透水條件的影

4、響，編制程序進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算工作，分析了飽和度、頻率、滲透性以及泊松比與瑞利波的傳播速度、位移分布規(guī)律、各組成波能量比以及粒子運(yùn)動(dòng)軌跡之間的相互影響關(guān)系。在此基礎(chǔ)上分析了與飽和土中瑞利波傳播特性的不同之處，研究發(fā)現(xiàn)瑞利波主要反映剪切波特性，受飽和度的影響不大，介于壓縮波和剪切波之間。 基于三相介質(zhì)準(zhǔn)飽和土波動(dòng)理論，首次全面對(duì)地表透水與不透水兩種邊界條件下彈性體波入射準(zhǔn)飽和半空間動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行深入研究，通過數(shù)值算例系統(tǒng)分析了動(dòng)力

5、響應(yīng)隨入射角的變化，各模式波能量在地表面的分配以及SV波入射時(shí)地表粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡問題，并考慮了飽和度、頻率、泊松比和模量比等的影響，重點(diǎn)分析了飽和度引起的入射波的波型轉(zhuǎn)換問題，并與實(shí)測(cè)地震響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比。 基于三相介質(zhì)準(zhǔn)飽和土動(dòng)力控制方程，在 Laplace 變換域內(nèi)推導(dǎo)了準(zhǔn)飽和土中圓柱形空腔內(nèi)邊界上作用軸對(duì)稱荷載和流體壓力條件下動(dòng)力響應(yīng)的解答，利用Laplace數(shù)值逆變換得到了時(shí)間域中的結(jié)果，進(jìn)而通過數(shù)值算例，詳細(xì)對(duì)比分析了飽