条形均布荷载下横观各向同性弹性地基中附加应力的分布规律

本文评述了条形均布荷载下横观各向同性弹性地基中附加应力的诸户［２］解析解和近似解，并提出了笔者的近似简化公式，该公式简明地显示出附加应力在分布规律上与各向同性地基之异同点，可供工程界方便地加以利用。     

横观各向同性地基上刚性矩形基础分析

对横观各向同性地基上刚性矩形板进行了求解。首先,利用表面受矩形均布荷载作用下的层状横观各向同性地基的位移解答,获得地基的柔度矩阵;然后,通过刚性矩形基础与层状横观各向同性地基的协调条件,建立刚性矩形基础与横观各向同性地基共同作用的方程,进而求得基础的地基反力。通过编制相应的程序,确定了合理的网格划分值;最后,进行算例分析,分析了地基横观各向同性性质、矩形刚性基础的长宽比以及地基分层性对地基反力的影响。分析表明：以上3种因素对地基反力有重要影响。     

弹性矩形板下横观各向同性多层地基分析

利用弹性矩形板与多层地基表面的竖向位移协调条件与光滑接触条件,由横观各向同性多层地基应力与位移非耦合的传递矩阵解,推导出弹性矩形板下竖向应力和位移的解析解。在此基础上,编制了相应的程序,并进行了数值计算。计算结果表明：矩形板刚度对板底竖向位移及板中心下的竖向应力有着较为显著的影响;板底竖向位移及板中心下的竖向应力随着板刚度的增加而减小,相同荷载作用下横观各向同性地基与均匀各向同性地基模型的计算结果差异较大,实际工程中很有必要采用更符合土体性质的横观各向同性地基模型     

横观各向同性饱和地基三维瞬态Lamb问题

研究了横观各向同性饱和土地基在地表动力荷载作用下的三维瞬态响应。基于饱和多孔介质的三维Biot波动理论,利用Laplace变换,建立圆柱坐标系下横观各向同性饱和土的波动方程;解耦波动方程后,根据算子理论,并借助Fourier展开和Hankel变换技术,得到瞬态荷载作用下,饱和土介质的土骨架位移和应力、孔隙水相对位移和孔隙水压力的一般解;利用一般解,给出横观各向同性饱和地基在地表集中荷载激励下的瞬态Lamb问题的解答。数值算例结果表明,采用各向同性饱和介质的动力学模型,不能准确描述具有明显各向异性特性的饱和土地基的瞬态动力特性。     

层状横观各向同性地基平面应变问题的扩展精细积分解

利用扩展精细积分法求解横观各向同性地基的平面应变问题。扩展精细积分法具有高精度和较高计算效率的特点,是求解微分方程的有效方法,相比于解析法可以节省大量理论推导工作量。从直角坐标下弹性力学控制方程出发,推导出Fourier变换域内地基的常微分矩阵方程;之后对地基微层元进行消元合并,进一步得到荷载作用在地基内部时层状地基的扩展精细积解。与已有文献的对比验证了方法的精确性,并分析了横观各向同性参数、层状性质和荷载作用点对计算结果的影响。结果表明：土体竖向位移随着横观各向同性参数n的增大而减小,而随着横观各向同性参数m的增大而增大;荷载作用点 的变化只对作用点以上的土体有影响,而上层土体的模量对竖向位移计算结果的影响更为显著,土体成层性对沉降的影响要比对竖向应力的影响更为显著。     

列车荷载下上覆弹性层横观各向同性饱和地基的动力响应

基于Biot多孔弹性介质的波动理论,构造了轨道、道碴、枕木及弹性层的横观各向同性饱和地基在列车荷载下的动力计算模型。利用Fourier变换,得到了列车荷载作用下横观各向同性软土地基上弹性层动力响应的解析结果。利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果,分析了荷载速度、地基的各向异性参数、弹性层刚度系数及厚度对位移和孔压响应的影响。分析结果表明：弹性层对控制地基振动作用显著,地表振动幅值随荷载速度的增加而增大,软土的横向弹性模量对地表振动及土中孔压有较大影响。     

横观各向同性饱和地基竖向振动的衰减特性

基于提出的横观各向同性饱和多孔介质Biot波动方程的一般解,研究了饱和半空间地基在竖向点源简谐激振荷载作用下地表振动的衰减特征,分析了激振频率以及横观各向同性饱和土介质的各向异性参数和孔隙渗透系数对地表振动特征的影响。计算结果表明,低频和高频激振时,地表位移衰减特性存在明显差异;在饱和土的各向异性参数中,纵向和水平方向动态渗透系数比值和刚度系数比值对地表位移衰减影响最大,这也说明采用各向同性饱和介质的动力学模型不能准确地描述具有明显各向异性特性的饱和土地基的动力特性。     

横观各向同性地基中管桩扭转振动响应解析解

考虑地基沉积过程中产生的竖向和水平向力学性质的差异,对横观各向同性地基中管桩扭转振动频域响应进行了理论研究。基于横观各向同性材料的本构关系以及桩-土耦合扭转振动,建立了桩土系统定解问题,通过Laplace变换和分离变量法求得了桩周土和桩芯土扭转振动位移形式解。通过桩-土接触面的连续条件,求得了管桩扭转频域响应解析解,并得到了桩顶复动刚度和速度导纳的表达式。将所得解退化到横观各向同性地基中实心桩解以及均匀地基中管桩解,并与已有文献进行了对比,验证了解的合理性。通过数值算例,分析了桩周土和桩芯土的横观各向同性力学参数对桩顶扭转复刚度及速度导纳的影响。     

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

基于Biot波动理论,构建列车荷载-轨道系统-双层状横观各向同性饱和地基模型,将模型分为上覆路轨系统和地层系统。对上覆路轨系统和地层系统处理,并利用双重Fourier变换技术,在变换域中将横观各向同性饱和地基动力响应的求解简化为求解一个6阶控制方程的特征值问题,进而得到了列车荷载作用下双层横观各向同性饱和地基力响应的解析结果。利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果,重点分析了上下土层的刚度和泊松比对位移和孔隙水压力和剪切应力响应的影响,结果表明,上、下土层刚度差异对地基动力响应有较大影响,土层各向异性参数中模量的影响较泊松比大。计算结果可为软土路基加固深度的确定提供理论依据。     

路堤荷载下地基的侧向变形计算分析

目前关于路基侧向变形研究,大都是基于现场测试或数值模拟,却鲜有理论上的计算与分析。为深入研究路堤荷载下地基的侧向变形,基于布辛奈斯克等弹性理论解及平面应变问题,推导出无限长线荷载、均布条形荷载、三角形分布条形荷载及梯形分布条形荷载下地基侧向变形解析表达式,并与有限元数值计算结果对比验证了解析解的正确性。在此基础上,重点分析了土体的泊松比、路堤宽度以及路堤边坡宽度等参数对地基侧向位移场的影响。计算结果表明,路堤荷载下地基同一垂直线上土体的侧向变形沿深度呈弓形状,变形最大值在地表下某深度处。泊松比对地基侧向位移有较显著的影响：在坡脚附近地表浅层处,随着泊松比的增加,土体侧向变形的方向由向路堤内逐渐转为向路堤外;另泊松比越大,土体的水平位移也相对越大,且最大位移发生位置逐渐上移。研究结果可为类似路堤工程地基变形分析及稳定性控制监测提供一定理论支撑。     

Elastic solutions for stresses in a transversely isotropic half‐space subjected to three‐dimensional buried parabolic rectangular loads

In many areas of engineering practice, applied loads are not uniformly distributed but often concentrated towards the centre of a foundation. Thus, loads are more realistically depicted as distributed as linearly varying or as parabola of revolution. Solutions for stresses in a transversely isotropic half‐space caused by concave and convex parabolic loads that act on a rectangle have not been derived. This work proposes analytical solutions for stresses in a transversely isotropic half‐space, induced by three‐dimensional, buried, linearly varying/uniform/parabolic rectangular loads. Load types include an upwardly and a downwardly linearly varying load, a uniform load, a concave and a convex parabolic load, all distributed over a rectangular area. These solutions are obtained by integrating the point load solutions in a Cartesian co‐ordinate system for a transversely isotropic half‐space. The buried depth, the dimensions of the loaded area, the type and degree of material anisotropy and the loading type for transversely isotropic half‐spaces influence the proposed solutions. An illustrative example is presented to elucidate the effect of the dimensions of the loaded area, the type and degree of rock anisotropy, and the type of loading on the vertical stress in the isotropic/transversely isotropic rocks subjected to a linearly varying/uniform/parabolic rectangular load. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

横观各向同性含液饱和多孔介质黏弹性瞬态反应

在考虑横观各向同性含液饱和多孔介质固体骨架和流体可压缩性以及固体骨架的黏弹性特征下,基于横观各向同性含液饱和多孔介质u-w形式的三维动力控制方程,以固相位移u、液相相对位移w为基本未知量,综合运用Laplace变换、双重Fourier变换等方法,在直角坐标系下通过引入中间变量,将六元2阶动力控制方程组化为两组各含4个未知变量的常微分方程组,给出了直角坐标系下横观各向同性含液饱和多孔介质三维黏弹性动力反应的积分形式一般解;作为理论推导的验证,通过引入初始条件和边界条件,对横观各向同性含液饱和多孔介质半空间黏弹性瞬态反应问题进行了求解。解答的退化验证表明,所推导的理论解是正确的。     

Surface load dynamic solution of saturated transversely isotropic multilayer half-space

This paper treats the dynamic response of a multilayered transversely isotropic fluid saturated poroelastic half-space under surface time-harmonic traction. The governing system of partial differential equations is uncoupled with the use of a set of physically meaningful and complete potential functions that decompose different body waves in a saturated poroelastic transversely isotropic medium. After expressing the equations in the Hankel-Fourier domain, a proper algebraic factorization is applied to generate reflection and transmission matrices for decomposed waves. All responses including displacements, stresses, and pore fluid pressure for both general patch load and point load are presented in the form of semi-infinite line integrals. The verification of the method is confirmed with the degeneration of the solutions presented here to the existing solutions for dried both homogeneous and multilayered elastic half-spaces as well as poroelastic half-space. Selected numerical results are depicted to investigate the effects of layering and pore pressure on responses of a transversely isotropic poroelastic medium. The load distribution effects are studied by comparison of the patch and point load responses. Also, resonance notion and effective parameters on this phenomenon such as layering system and anisotropy contrast are discussed. Significant influence of materials and layering configuration on number and amplitude of resonances depicted through the numerical evaluation.     

墙下条形基础与层状横观各向同性地基共同作用

运用对偶积分方程来求解层状横观各向同性地基与墙下条形基础的共同作用问题。从直角坐标平面应变问题控制方程出发,通过傅里叶（Fourier）变换和层间连续性条件,可以得到层状横观各向同性地基的传递矩阵解。基于该传递矩阵解,并利用条形基础与地基接触的混合边值条件,推导出一组关于基础挠度和地基反力的对偶积分方程。考虑墙下条形基础受到竖向集中荷载的情况,利用弹性薄板理论先求解出条形基础挠度;随后应用雅可比（Jacobi）正交多项式和级数展开的方法,将对偶积分方程转化为线性代数方程组进行求解。编制了相应的计算程序,其计算结果与有限元软件ABAQUS的结果基本吻合,从而验证了所提理论的正确性。算例分析表明,板土相对刚度与地基成层性对地基反力、地表沉降和沿z轴竖向正应力有很大的影响。     

有限元和有限层元研究横向同性土对建筑物沉降的影响

从常规三轴压缩试验得到横观各向同性土层的力学参数,综合9种来自于不同国家和地区的横观各向同性土层的土样参数,研究分析了横观各向同性土层参数对建筑物沉降的影响。作为典型例子,对上海一幢剪力墙结构的箱形基础与横观各向同性土进行共同作用分析,并与各向同性土层上的分析结果进行比较,结果表明：横观各向同性土层参数对沉降的影响有些不同,尤其是不排水加载条件确定的土层参数影响的结果大不相同。     

垂直荷载下地基平均附加应力系数公式推导

按照《建筑地基基础设计规范》（以下简称《规范》）进行地基沉降计算,要使用地基平均附加应力系数。目前,该参数一般都是通过查表内插获得,虽然方便,但结果会因人而异。笔者利用积分法导出常见基础下地基平均附加应力系数计算公式,并编制了Excel计算表。通过对比,矩形基础角点及圆形基础中点均布荷载下的数据（以下简称“公式数据”）与《规范》及相关书籍中的数据（以下简称“表列数据”）完全一致,而矩形基础三角形荷载下的公式数据与表列数据有些误差,本文对这些误差也进行了分析。虽然未见到条形基础的表列数据,但实际工程中条形基础仍大量存在,因此,本文也给出了其推导公式。以上公式可极大地方便工程技术人员在实际工作中的运用。     

Fundamental results concerning the settlement of a rigid foundation on an elastic medium due to an adjacent surface load

This paper examines the interaction between a rigid circular foundation resting in smooth contact with an isotropic elastic halfspace and a concentrated surface load which acts at a finite distance from the foundation. Owing to the action of the external load the rigid foundation experiences an extra settlement and a tilt. The expressions for the extra settlement and the tilt are evaluated in exact closed form. It is also shown that these deformations due to the external load satisfy Betti's reciprocal theorem. The auxiliary solution required for the application of the reciprocal theorem is derived from the analysis of the problem of a rigid circular foundation resting in smooth contact with an elastic medium and subjected to an eccentric load. The, results developed for the interaction between the rigid circular foundation and the external concentrated load are utilized to generate, among others, solutions for the settlement and tilt induced at a rigid foundation due to its interaction with uniformly or non-uniformly distributed loads with circular and square plan shapes.