路面體系分析的多相層合彈性半空間理論.pdf

1、荷載作用下路面體系三維彈性力學分析研究,是巖土力學和固體力學重要研究內容。論文應用半解析方法來研究荷載作用下路面體系三維靜動力特性,地基的模式包括單相彈性半空間體和兩相飽和彈性半空間體,路面的模式包括薄板模式和三維彈性體模式,荷載從靜荷載到振動固定荷載再到移動荷載。理論上，基于半解析方法,建立一套完整的荷載作用下路面體系的靜動力特性的理論體系。數(shù)值計算方面,開發(fā)了統(tǒng)一的求解路面體系靜動力特性的應用程序。
　　本研究主要內容包括：⑴

2、采用傳統(tǒng)的薄板理論和半解析單元法,研究了基于單相彈性半空間地基模型的路面體系的靜動力相互作用問題,提出了路面板與單相彈性半空間地基的半解析函數(shù),建立了基本算式。利用數(shù)值計算全面分析了板的靜動態(tài)響應與地基參數(shù)、板參數(shù)和荷載的關系。⑵采用三維彈性體模型模擬剛性路面板,建立路面體系的力學模型:三維層狀彈性半空間體。提出單相彈性介質和兩相飽和彈性介質的半解析位移函數(shù),應用加權殘數(shù)法系統(tǒng)地建立了路面體系三維靜動態(tài)響應的半解析理論,最后通過算例計算

3、荷載作用下基于彈性半空間體上無限大路面板、有限大路面板的三維響應,分析了荷載對各向同性混凝土路面板和正交各向異性配筋混凝土路面板的三維靜態(tài)響應的影響,研究路面板表面的豎向位移、縱向位移、橫向位移的變化規(guī)律以及板下路基的位移沿深度的分布規(guī)律。⑶在單相介質理論的基礎上，推導了基于單相彈性半空間地基模型的路面體系在移動坐標下的動力控制方程和邊界條件。將移動單元法引入到單相介質的半解析法中,構造隨荷載按相同速度運動的移動層單元,基于移動坐標下路

4、面體系的動力控制方程和邊界條件,得到了移動層單元內部殘數(shù)矩陣和邊界殘數(shù)矩陣,應用加權殘數(shù)法建立了在移動荷載下基于單相彈性半空間地基模型的路面體系三維動態(tài)響應半解析動力方程,用以解決移動荷載作用下路面體系的三維彈性力學動態(tài)響應。通過算例分析了勻速移動荷載和簡諧移動荷載作用下考慮阻尼和不考慮阻尼情況下彈性半空間地基的動態(tài)響應問題,全面分析了荷載運動速度、頻率以及地基土介質的阻尼等參數(shù)對豎向位移、縱向位移、橫向位移在空間的分布及最大值的影響。

5、⑷在兩相飽和土介質理論的基礎上，推導了基于兩相飽和彈性半空間地基的路面體系在移動坐標下的動力控制方程和邊界條件。將移動單元法引入到兩相介質的半解析法中,構造隨荷載按相同速度運動的移動層單元,基于移動坐標下路面體系的動力控制方程和邊界條件,得到了內部殘數(shù)矩陣和邊界殘數(shù)矩陣,應用加權殘數(shù)法建立了在移動荷載下基于兩相飽和彈性地基模型的路面體系三維動態(tài)響應解,用以解決移動荷載作用下基于飽和彈性半空間地基模式的路面體系的三維彈性力學動態(tài)響應。通過

6、算例分析了移動荷載作用下飽和彈性半空間地基-彈性地基-路面板系統(tǒng)的動態(tài)響應,研究了在不同速度下路面板響應的空間分布和飽和彈性半空間體內的孔隙水壓力沿深度的分布情況,同時分析了彈性地基層厚和飽和土的滲透系數(shù)對路面板動態(tài)響應和飽和土層的孔隙水壓力的影響。⑸統(tǒng)一的路面體系三維彈性力學靜動力半解析理論的形成和程序開發(fā)。
　　本研究應用半解析方法來研究荷載作用下路面體系三維靜動力特性,地基土的介質包括單相彈性介質和兩相飽和彈性介質,路面板的

7、模式包括薄板模式和三維彈性體模式,荷載從靜到振動固定荷載再到移動荷載,所以本文研究的問題是全面的。通過分析比較本文研究的三個問題,即路面體系的三維靜態(tài)響應、路面體系的三維動態(tài)響應、移動荷載作用下路面體系的動態(tài)響應,可以看出,動態(tài)的可以轉化為靜態(tài)的,移動的可以轉化為靜態(tài),三者是統(tǒng)一的;通過分析比較本文研究的兩類問題,基于單相彈性地基模型的路面體系和兩相飽和彈性地基模型的路面體系的特性研究,可以看出,兩相介質可以轉化為單相介質,二者是統(tǒng)一的

8、;路面板按三維彈性體處理,既解決了路面板與地基土介質之間的相互作用和連接條件,同時建立了路面體系的統(tǒng)一的三維彈性介質理論?；诖诵纬闪私y(tǒng)一的、全面的路面體系研究理論,在統(tǒng)一的路面體系研究理論的基礎上，編制了計算程序可以系統(tǒng)地進行路面體系的分析和計算。本文從理論和計算上解決目前在該領域存在的問題,為路面體系的研究提供了新的理論和方法,發(fā)展和完善了路面理論和應用體系。為道路、橋梁、交通工程等相關領域的分析設計、施工安全、破壞機理研究提供了可