二维地基中空沟−波阻板联合隔振屏障分析

针对地基隔振控制,提出了一类新型的空沟?波阻板联合隔振屏障,并对其隔振性能进行了数值分析。首先,利用复伸展坐标变换,在频域内建立了完全匹配层（perfect matched layer, PML）吸收边界的控制方程;其次,利用Galerkin近似技术,给出了以位移为基本未知量的二阶非分裂格式PML的频域有限元计算列式;最后,通过数值算例分析了空沟?波阻板联合隔振屏障的物性参数（地基与波阻板的模量比）、几何参数（空沟深度、波阻板深度）以及载荷参数（振动波频率）等对其隔振性能的影响规律。结果表明,空沟?波阻板联合隔振屏障结合了空沟和波阻板各自的优势,可以有效地控制不同频率振源引起的地基振动。     

空沟对列车运行引起的地基振动隔振效果研究

为研究空沟对高速列车引起地基振动的隔振效果,在已有研究基础上改进出一种新的解析研究模型。模型中首次运用了饱和半空间模型来研究地基上隔振沟对高速列车的隔振效果;隔振沟则通过在饱和半空间土体上设置3个合适宽度、截面为矩形的弹性层来模拟;中间矩形弹性层为路堤,路堤上方放置了枕木与轨道。枕木与轨道分别通过纵向异性Kirchhoff薄板与Euler梁来模拟,饱和土地基采用Biot多孔饱和介质理论来描述。控制方程通过傅立叶变换与傅立叶级数展开,在变换域中进行求解。研究表明,随着列车运行速度的提高,空沟的隔振效果明显提高;饱和土体固-液相的耦合作用对隔振沟的隔振效果的影响明显,尤其当列车运行速度超过土体表面Rayleigh波速时,随着土体渗透系数的增加,空沟隔振效果显著降低。此外,列车运行速度超过土体表面波速时,饱和土地基上空沟的隔振效果明显优于相应单相弹性地基上空沟的隔振效果。     

基于2.5维有限元饱和土地基中空沟隔振性能研究

基于Biot饱和多孔介质U-W格式动力控制方程,采用Galerkin法和Fourier变换,推导了饱和土体2.5维有限元方程及黏弹性人工边界,建立了饱和土地基中空沟分析模型,并在波数域中进行求解,通过快速Fourier变换（FFT）进行波数展开,获得三维空间域中结果。算例分析了移动荷载作用下均质饱和土地基、分层饱和土地基、上覆单相弹性层饱和土地基3种饱和土地基模型中空沟的隔振效果。结果表明：饱和土地基中空沟的隔振效果不仅与空沟自身深度有关,还与地基中成层土体的分界面以及土体参数有关,波在不同土体分界面上的透射和反射会影响空沟的隔振效果;饱和土地基中上覆单相弹性层厚度对空沟的隔振效果影响显著,随着上覆单相弹性层厚度的增加,饱和土地基中空沟的隔振效果变好。     

二维饱和地基中空沟主动隔振分析

根据饱和土Biot理论,在频域内提出了一种适用于弹性波波动问题的有限元-无限元解法,其中有限单元用于近场介质的模拟,而形函数基于一维解析解答的无限单元则被用于人工边界,它可反映波传递到无限远处的特性;应用该法计算算例,以证明其有效性与正确性。在此基础上,对饱和地基中空沟主动隔振效果进行了详细的数值分析,结果表明,空沟深度是影响隔振效果的主要因素,一般沟深越大,隔振效果越好;当沟深一定时,空沟到振源的距离不宜超过1.5倍饱和土剪切波长;空沟的宽度对隔振效果的影响相对较小。     

非饱和土地基中复合多层波阻板对S波的隔离效应

基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板（复合多层波阻板以3层为例）,利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例,分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理力学参数对非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明：复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量和密度对透反射系数影响显著。复合多层波阻板是一种有效的隔振屏障,严格控制层间波阻板的剪切模量和密度可以获得最佳隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。     

非饱和土地基中P1波通过波阻板的传播特性研究

基于单相弹性介质与非饱和多孔介质中波的传播理论和Snell定律,研究了P1波从非饱和土介质中入射到波阻板（wave impeding block,WIB）时的传播特性。推导了P1波在非饱和土地基中通过波阻板后反射波和透射波振幅比的解析解,分析了反射波振幅比和透射波振幅比与波阻板的剪切模量、密度以及入射角、入射频率、饱和度等各种参数的关系曲线,从而得到这些参数对非饱和土地基中波阻板隔振效果的影响规律。数值结果表明：波阻板隔振屏障的剪切模量和密度对其隔振性能影响较为显著,当波阻板剪切模量和密度在一定范围内时波阻板隔振屏障可获得较好的隔振性能;入射角对波阻板隔振性能影响较大,而入射频率对其隔振效果影响很小。     

饱和土体中排桩对移动荷载的被动隔振效果分析

利用Muki和Sternberg的虚拟桩法,研究了饱和土体地基中排桩对移动荷载引起振动的被动隔振效果。隔振桩作为一维杆,饱和土体满足Biot理论。利用已有的移动荷载作用下的饱和土体的自由波场解及饱和土体内部受竖向圆形分布荷载作用下的基本解,建立了频域内土-桩的第2类Fredholm积分方程。通过Fourier逆变换得到时间域内评价隔振效果的振幅比。与已知文献结果相比较,验证了方法的正确性。数值结果表明,荷载速度对排桩的隔振效果有一定影响,即在相同隔振系统情况下,单排桩对低速荷载引起振动的隔振效果比高速移动荷载效果好。同时,较高速时的最佳桩长比低速时要短。     

层状地基中空沟对交通荷载的竖向隔振分析

空沟是一种常用的连续隔振屏障,可以有效地降低人工振动。以位移为变量的二维格子法在波动问题计算中具有良好的适应性、高效性,兼备有限元与差分法的一些优点,应用该法针对层状地基中作用于路堤上的交通荷载引起振动的空沟竖向隔振问题进行了参数研究,分别考虑了上软下硬地基和上硬下软地基两种情况。研究结果表明：空沟宽度对隔振效果的影响较小;空沟深度与空沟的位置是影响隔振效果的关键因素,它们相互关联,其取值应综合考虑;在上述两类层状地基中,若空沟深度与上层土的厚度接近或相等均对竖向隔振不利;路堤高度越大对竖向隔振效果越不利。     

郑西高铁地面振动实测分析及隔振沟效果研究

高铁列车动载会引起环境振动问题。为研究高速列车运行在高架段和路堤段引起的环境振动差异,文章对郑西线高速铁路展开现场测试,对比分析高架段和路堤段地面振动特征及其衰减规律。测试结果表明,路基段的振动响应大于高架段,高架段近场区衰减作用高于路堤段近场区域。振动传播过程中存在多次反弹增大现象,路堤段地面振动反弹增大位置滞后于高架段。高架段和路堤段的二次反弹增大率均明显大于一次反弹增大率。Z振级随距离的衰减符合对数衰减规律,拟合得到黄土地区Z振级衰减公式,最大偏差均出现在反弹增大区。引入无限元-黏弹性耦合边界条件,建立路堤段三维轨道-土体-隔振沟数值模型分析高速铁路隔振沟对减隔振的影响。研究发现空沟对中高频（30～60 Hz）振动波的隔振效果较低频（1～20 Hz）振动波明显,其具有低通滤波作用。空沟比填充沟隔振效果好,但是考虑到沟壁的稳定性,可在空沟中填入软质材料。研究成果可为高速铁路的设计及其环境振动的评价和控制提供参考。     

列车运行时由轨道不平顺引起的地基振动研究

采用半解析法研究了列车荷载作用下列车-轨道-饱和地基系统的耦合振动问题。研究模型共分为3部分：车体简化为一个多刚体系统,在车轮与钢轨之间引入线性Hertizian弹簧接触模型模拟轮轨动力相互作用、采用离散轨枕支撑的弹性Euler梁来模拟轨道系统、下卧土体采用多孔饱和半空间模型。列车荷载分为轴重和由轨道不平顺引起的轮轨动力相互作用力。采用Fourier变换分别求解各子系统的控制方程,并通过动力子结构法对各子系统进行耦合。土体在时域内的动力响应通过快速Fourier变换求得。在分析了轮轨动力相互作用力的基础上,研究了轮轨动力作用力和列车轴重作用下饱和地基的动力响应,并分析了轨枕间距和土体渗透系数对饱和地基振动响应的影响。研究表明,轮轨动力作用力对地基远场振动有重要贡献,同时枕木间距对轨道与地基振动响应有较大影响。     

苏州粉土地层地连墙施工对地层扰动影响研究

采用三维有限差分软件FLAC3D对地下连续墙施工进行模拟,分析苏州地区粉土地层中地连墙施工对土体扰动及周边建筑物影响。利用UBCSAND硬化规律对外部扰动作用下土体强度逐步发挥的力学特性进行表征,模拟开挖过程中浅层土体变形,并对地连墙施工中成槽开挖、钢筋混凝土施工及混凝土硬化进行全过程模拟。计算结果表明,硬化模型较好地反映地连墙施工扰动下浅层土体力学特性;地连墙成槽阶段地层变形随深度的增加而减小,地表以下20 m范围内地层变形显著,而深部土体变形较小;钢筋混凝土浇筑施工对地层变形起到抑制作用;混凝土硬化阶段地层变形趋于稳定。在该基础上采用硬化模型对苏州某基坑地连墙施工进行数值仿真,模拟结果和现场实测吻合较好。     

土工袋技术在市政沟槽回填中的应用研究

市政工程中管线埋入地下采用的基本流程是先开挖沟槽,将开挖的原土作为渣土处理,待管线在沟槽中安放后再用二灰土石填埋沟槽,经夯实后铺设沥青或混凝土路面。为了有效利用沟槽开挖土、减少二灰土石用量,建议采用土工袋技术处理,即将沟槽开挖土装入土工编织袋后回填至沟槽中。阐述了土工袋技术原理,并依托南京市雨污分流工程,对用土工袋回填的沟槽进行了平板载荷试验、落锤式挠度检测和路面振动测试,评价土工袋沟槽的回填效果。结果表明：土工袋在提高沟槽承载力、减少沉降变形、削弱交通振动干扰等方面具有明显效果。土工袋避免弃土外运,减少了扬尘污染,不失为一种绿色、环保、经济的工程新技术。     

亳州盐渍土的分布及其工程地质特征

盐渍土是气候、地貌、地质、工程地质、水文地质等因素综合影响的工程地质灾害,本文在大量调查、分析与研究的基础上,采用了槽探、水样(水化学分析)、土样(土壤含盐量分析、土壤毛细水试验)等综合方法,分析了亳州盐渍土灾害的危害性及对农业生态系统、公路建设的影响,同时,考虑到人为和环境地质因素对盐渍土的影响,圈定了盐渍土的潜在威胁区,从而,预测了盐渍土的发展、演变趋势,因地制宜地提出了整治盐渍土的基本对策与措施。     

钢筋混凝土箱涵竖向土压力理论研究 ——梯形沟谷设涵

梯形沟谷设涵在山区公路和铁路建设中的应用非常广泛。然而,目前规范中尚无梯形沟谷设涵的设计方法。现有的研究主要针对上埋式和沟埋式涵洞,对天然梯形沟谷埋设涵洞时的涵洞受力性状的研究甚少。通过数值模拟得出梯形沟谷设涵时,钢筋混凝土箱型涵洞顶部填土内的应力状态和土拱的分布规律。在此基础上建立理论模型,推导涵洞土压力理论计算式,并验证理论方法的正确性。此外,对涵顶土压力的影响因素进行了参数研究。结果表明,梯形沟谷设涵时涵洞的受力状态不同于上埋式和沟埋式两种情况。当涵顶填土高度到达临界高度时,填土中会形成上、下两层土拱。下层土拱效应使涵顶产生土压力集中,上层土拱效应会减小涵顶的土压力集中。涵顶土压力的大小取决于涵顶的填土高度、沟谷坡角、沟谷宽度、涵洞的几何尺寸及填土的性质。     

毫州盐渍土的分布及其工程地质特征

盐渍土是气候，地貌、地质、工程地质、水文地质等因素综合影响的工程地质灾害，本文在大量调查、分析与研究的基础上，采用了槽探、水样（水化学分析）、土样（土壤含盐量分析、土壤毛细水试验）等综合方法，分析了亳州盐渍土灾害的危害性及对农业生态系统、公路建设的影响，同时，考虑到人为和环境地质因素对盐渍土的影响，圈定了盐渍土的潜在威胁区，从而，预测了盐渍土的发展、演变趋势，因地制宜地提出了整治盐渍土的基本对策     

现浇混凝土薄壁管桩施工工艺

介绍了现浇混凝土薄壁管桩（PCC桩）成桩工艺。结合PCC桩在盐通高速公路软基处理中的应用,在现场对PCC桩施工工艺进行了试验研究,探讨了混凝土坍落度、拔管速度、施打顺序对PCC桩质量的影响,并对其充盈系数进行了分析研究。同时还对PCC桩质量检测方法进行了研究,并对可能出现的质量问题及预防措施做了初步探讨,可供相关工程参考     

Lateral soil–pipeline interaction in sand backfill: Effect of trench dimensions

Current analytical methodologies for the evaluation of soil pressures on laterally displaced pipelines, as in the case of differential (e.g. fault-induced) permanent ground movements, allow the use of sand fill material properties under the condition that the size of the trench is adequate so that the failure surface develops fully within the sand fill (i.e. “free field” response). The accuracy of this assumption is investigated in this paper by means of numerical analyses, which employ a number of advanced features, such as pipe-backfill interface elements, large strain formulation and mesh rezoning. Following verification against well-documented experimental data, the analyses investigate: (a) the shape and size of the failure mechanism, as well as, (b) the potential trench effects on soil pressures and pipeline strains in the case of a strike-slip fault rupture. It is shown that for small embedment depths soil failure extends to the ground surface, in the form of a general shear failure mechanism, while for larger depths it becomes progressively localized and surrounds the pipeline. It is also shown that, for most cases of pipeline diameter and embedment depth, common trench dimensions cannot contain the “free field” failure surface dimensions. Finally, analyses for limited trench dimensions, reveal that the ultimate soil pressure increases exponentially with decreasing trench width, leading to high bending strains in pipelines subjected to differential lateral ground displacements.     

双矩形钢模管互导干作业地下连续墙

地下连续墙常采用泥浆护壁、水下灌注混凝土进行施工,槽壁稳定和槽段接头防渗一直是施工控制的难点。泥浆本身易于造成环境污染,而泥浆制备的水耗和废料处置也增加了工程造价。为解决这些问题,开发了一种新技术——双模管互导干作业地下连续墙技术。该技术采用钢模管护壁和双矩形模管导向沉管挤土或沉管干取土的成墙工艺（分别适用于墙厚300～500mm和600～1 000mm）,不需要泥浆和水下灌注墙混凝土,可以在同一平面内成墙、实现墙单元无缝连接。实践表明,该技术墙体防渗性能好,成墙效率高,连接质量可靠,不仅适用于深厚软粘土地层的基坑围护工程,也可应用于类似地质条件下水库工程的防渗加固。     

Small diameter tunnel excavation method using slurry pipe-jacking

In order to protect the safety of workers construction, as well as for environmental and cost reasons, efficient small-diameter shallow tunneling methods have recently become increasingly important in regards to outside plant engineering such as for water supplies, electricity, telecommunications and gas. The effects of the above projects in overcrowded urban areas are significant and often result in substantial impact and traffic delays associated with a loss of travel time. Clearly the solution to these utility placement problems, if the full impact of trench excavation is to be avoided, is trench less technology. In particular, for construction work near existing facilities, underground tunnels that are excavated by slurry pipe-jacking are being increasingly employed in order to avoid problems. Slurry pipe-jacking was firmly established as a special method for the non-disruptive construction of the underground pipelines of sewage systems. Pipe-jacking, in its traditional form, has occasionally been used for short railways, roads, rivers, and other projects. Basically the system involves the pushing or thrusting of a drivage machine through concrete pipes ahead of jacks. This method utilizes mud slurry that is formed around the pipes in order to stabilize the surrounding soil. Moreover, in recent years, the rectangular shape of the concrete pipe in using slurry pipe-jacking was introduced due to the effective uses of the space. Based on his reason, the rectangular shape of the concrete pipe is often adopted in Japan. From this point of view, this paper discusses the effect shapes have on the stability of surrounding soil by means of the numerical analysis. Secondly, this paper discusses the performance of the mud slurry around the drivage pipes by means of the two-dimensional Eulerian-Lagragian seepage analysis. Moreover, in slurry pipe-jacking, the performance of the mud slurry plays an important role in the pushing process. Finally, the thrusts in slurry pipe-jacking can be predicted accurately by evaluating the resistance between the mud slurry and the concrete pipes and the resistance between the soil and the pipes in the curved jacking area. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.