水位变化对多空沟屏障远场隔振效果的影响研究

受季节性降雨的影响,雨季和旱季存在明显的水位波动。为分析地下水位升降对多空沟隔振效果的影响,建立了上覆单相弹性层饱和地基中空沟有限元分析模型。模型中考虑了沟中水的作用,算例分析了等沟深和不等沟深多沟屏障、沟壁倾斜多沟屏障和连续起伏地形屏障在不同水位下的远场隔振效果。计算结果与相应单相弹性地基进行对比,结果表明：土体渗透性低时,多数水位下不利于多沟屏障隔振;沟深为0.3LR（LR为R波波长）的三沟屏障通常可获得较理想的隔振效果（75%隔振率）,但屏障在隔振效果最差的共振水位(0.6LR)下,空沟须贯穿上覆干土层才可获得75%隔振率;递减沟深屏障可有效降低上覆土层共振的不利影响;沟深较浅时,沟壁倾角越大,多沟的隔振效果越好,但对较深多沟的影响小;连续起伏的地形景观可作为一种有效的绿色隔振屏障。     

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。     

陶粒、砂填充连续与非连续屏障隔振效果的全尺试验与数值研究

采用全尺试验方法,研究不同材料（陶粒、砂）填充不同类型屏障（连续型、非连续型）的隔振效果。同时,为弥补试验研究的不足,辅以数值研究。为此,在试验研究开展之前,在原场地上进行了面波多通道分析（multi channel analysis of surface waves,简称MASW）试验,以便获得场地的动力学特性,作为数值研究的基础。随后,开展试验工作以便获得场地固定点的传递函数与衰减分贝;并使用数值方法,编制程序计算加速度分量的空间分布场。综合以上两种方法后发现,隔振材料影响在低频处,两者差异不甚明显;在中频处,两者差异开始显现。陶粒的隔振表现接近空沟;在高频处,因土体的阻尼作用明显,材料影响难以表现。综上所述,陶粒的隔振效果远优于砂,整体表现接近空沟。屏障类型影响：当频率为30 Hz时,屏障的作用甚微,分量的空间分布形态以振源为圆心,呈环形分布;频率为50 Hz时,环形分布被屏障打破,其形态由环形变为椭圆形,而短边则指向波阵面方向,令一定强度的分量拒止于屏障的后区域;频率为80 Hz时,土体阻尼作用明显,以致两者差异不甚明显。综上,连续型屏障的隔振效果远优于非连续屏障。材料与屏障类...     

灌注桩套管振动贯入引起的地面振动及隔振研究

随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但关于灌注桩套管振动贯入机制,特别是套管贯入引起的地面振动研究还不全面。在全面介绍了套管振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对套管振动贯入引起的地面振动规律及施工安全距离进行了详细研究。采用正交试验与数值模拟相结合的正交有限元法评价了各因素对施工安全距离的影响程度。研究结果表明:套管贯入过程中,地面振动主要沿水平向;在套管贯入初期,地面不会产生水平向峰值速度,当套管贯入到振动临界深度时,地面产生水平向峰值速度;地面水平向峰值速度随径向距离增大呈指数型衰减;施工安全距离随动力荷载幅值、接触面摩擦系数增大而增大,随振动频率、土体模量增大而减小。研究了隔振沟的填充材料、深度和宽度对隔振效果的影响,结果表明,无填充料的隔振沟隔振效果最好;隔振沟的宽度对隔振效果影响不大,其深度对隔振效果影响显著。     

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。     

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。     

饱和地基上列车运行引起的地面振动隔振分析

利用推导出的频域内饱和土的以土骨架位移u和孔隙水压力p表示的u-p格式的2.5维有限元方程,分析列车低速和高速运行条件下不同隔振措施的隔振效果,包括空沟、填充沟（混凝土墙）和混凝土板（波阻板）。其中轨道被简化为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题,对求解的结果进行Fourier反变换,获得三维时域-空间域内的解。研究表明：弹性地基和饱和地基上设置空沟和填充沟隔振效果相差不大,而设置波阻板隔振效果存在较大差异。列车低速运行时,空沟基本无隔振效果,填充沟在一定范围内有隔振效果,波阻板隔振效果最好;列车高速运行时,空沟在较大沟宽和较深沟深条件下才能达到较好隔振效果,填充沟和波阻板只需较小尺寸就能达到理想的隔振效果     

竖向激振力下WIB-Duxseal联合隔振试验研究

轨道交通、动力机器、爆破施工及打桩等人工振源会对邻近建筑物的正常使用、精密仪器的加工和使用及人们的生活产生危害,环境振动控制已成为土动力学研究的热点。提出一种带孔波阻板填充Duxseal的联合隔振方法(简称DXWIB),并对其在0～3 s简谐垂直激励下的隔振性能进行现场试验,对比测试DXWIB隔振体在不同嵌入深度、厚度、激振力和激振频率下的地面振动加速度,分别计算了加速度和位移的均值、幅值,并绘制了A_R曲线。试验结果表明:与水平方向相比,DXWIB屏障对地表竖向振动的隔振效果较优;DXWIB屏障隔振效率随距离变化不均匀,地基中埋置DXWIB时,地表位移振幅衰减系数均小于1;与DXWIB厚度、激振力和激振频率等影响因素相比,DXWIB顶面距地表距离对隔振效果的影响最为显著,并存在最佳埋置深度和临界厚度;DXWIB改善了WIB只适用于10 Hz以下低频减振特性,提高了减振的频宽,从试验数据来看,在5～70 Hz频率下均有良好的隔振效果。     

瑞利波勘探的波长解释法新探

从理论上探讨了瑞利波勘探中波长与深度的内在依托关系,计算了不同泊松比时瑞利波质点运动椭圆轨迹的椭圆率随单位波长深度的关系曲线;通过大量的正演模型计算,探索了瑞利波波长与对应探测深度之间的转换关系问题。     

空沟对冲击荷载隔离的现场试验与数值模拟

在场地开挖了一条空沟,以落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer,简写为FWD）的荷载模拟冲击荷载,通过FWD自带的传感器测得空沟后一定范围内的竖向位移。通过室内试验,获取试验场地的岩土参数,采用非线性动力有限元软件ABAQUS建立二维模型（将远处单元定义为无限单元来模拟吸收边界,从而避免振动波的来回反射）。以空沟中心线的现场测试数据为依据,校核有限元模型。通过分析不同工况模拟的竖向位移,研究得出空沟-荷载间距、沟深、沟宽等对隔振效果的影响。结果表明,(1) 空沟-荷载间距越小,隔振效果越好,但实际隔振工程中,为避免振动对空沟侧壁的稳定性的影响,空沟与振源不宜太近,因此可以不计空沟-荷载间距对隔振效果的影响;(2) 就提高隔振效果而言,增大沟深比增大沟宽更有效,而相同的隔振效果,窄-深沟的挖方量远小于宽-浅沟;(3) 在对冲击荷载进行隔振设计时,对于一般的民用和工业建筑,综合隔振效果、开挖和支护费用等因素,采用宽度为0.5～1.0 m,深度为2.0～2.5 m的空沟较为合理,与某工程实例进行比对,验证结论的合理性。     

砂土地基中矩形沟槽隔振效果影响区域的试验研究

为了研究矩形沟槽的几何参数对沟后区域隔振效果的影响,通过现场试验分别测定自由地基以及设置矩形沟槽时相应控制点的加速度幅值,绘制关于两者比值的二维平面等值线图,以两者比值小于0.4的区域作为振动屏蔽区域,将振动屏蔽区域的面积作为隔振效果的评价指标进行分析;研究结果表明:瑞利波在传播过程中遇到矩形沟槽时会发生能量的重新分配...     

Two-dimensional numerical approach for the vibration isolation analysis of thin walled wave barriers in poroelastic soils

This paper is concerned with the vibration isolation efficiency analysis of total or partially buried thin walled wave barriers in poroelastic soils. A two-dimensional time harmonic model that treats soils and structures in a direct way by combining appropriately the conventional Boundary Element Method (BEM), the Dual BEM (DBEM) and the Finite Element Method (FEM) is developed to this aim. The wave barriers are impinged by Rayleigh waves obtained from Biot’s poroelasticity equations assuming a permeable free-surface. The suitability of the proposed model is justified by comparison with available previous results. The vibration isolation efficiency of three kinds of wave barriers (open trench, simple wall, open trench-wall) in poroelastic soils is studied by varying their geometry, the soil properties and the frequency. It is found that the efficiency of these wave barriers behaves similarly to these in elastic soils, except for high porosities and small dissipation coefficients. The efficiency of open trench-wall barriers can be evaluated neglecting their walls if they are typical sheet piles. This does not happen with walls of bigger cross-sections, leading in general to efficiency losses. Likewise, increasing the burial depth to trench depth ratio has a negative impact on the efficiency.     

Duxseal隔振性能数值分析与现场试验研究

将一种称为Duxseal的工业填料用于自由场主动隔振,发展了一种带孔波阻板（WIB）填充Duxseal的隔振方法,即Duxseal-WIB隔振系统。采用薄层法基本解答作为格林函数的三维半解析边界元法,分析了Duxseal的隔振效果及性能,并对提出的Duxseal-WIB隔振系统进行了现场试验。结果表明,采用Duxseal作为主动隔振屏障可以有效起到振动隔振作用,对距离振源较远处地表位移的隔振效果优于距离振源较近处;土质参数的变化对Duxseal的隔振效果具有显著的影响;在一定范围内增加Duxseal直径、厚度或埋深均可有效提高其隔振效果,其中Duxseal顶面距地表埋深的影响尤为显著;此外,与传统WIB对比,Duxseal-WIB隔振效果较高且相对平稳,在列车运行250 km/h条件下,距离振源中心12 m处测振点X、Y、Z向的地表隔振可分别达到40%、39%和51%。     

Vibration screening by trench barriers,a review

This paper provides a review of various investigations concerned with vibration isolation using trench barriers and factors affecting their performance, also extracts design recommendations, because there is no exact conclusion of researches in this field. Vibrations induced by different sources can be seriously harmful to structures and occupants. Geometrical parameters, soil characteristics, and filling material properties can affect a barrier’s performance. Investigators have applied analytical approach, finite element, boundary element, experimental, and field studies to identify relevant factors. Various geometrical parameters affecting trench’s isolation level were examined, among which depth of trench was found to be the most important, but in most cases, the width of the trench and source-barrier distance have a low effect. Shear-wave velocity ratio of filling material and surrounding soil has the most significant role of all material properties. Using high-energy-absorbing materials can lead to better isolation. The majority of studies consider soil and filling material’s behavior to be elastic, so changes in loading amplitude have no effect on vibration reduction. Finally, among special cases in vibration isolation by trenches, non-rectangular and multiple ones found to be economically satisfying and well-isolating barriers.     

饱和土体中空沟对移动荷载被动隔振的 2.5D边界元法分析

根据饱和土Biot理论及移动荷载特性,采用积分变换方法,推导了半无限饱和土体频域-波数内的边界积分方程,讨论了2.5D边界积分方程中Cauchy的奇异性,并分析了空沟对移动荷载引起饱和土体振动的被动隔振效果。通过与已知文献结果比较,验证了算法的正确性。数值结果表明,采用2.5D BEM不仅可以解决具有复杂表面的移动荷载作用下动力响应问题,而且可极大减小计算工作量。对于饱和土体受高速移动荷载作用,空沟更能有效减小土体孔压、竖向位移的振幅;当荷载速度较小时,空沟对土体表面的水平向位移几乎不起衰减作用,甚至有放大效应。另外,随空沟距振源的距离增大,空沟能够更好阻隔土体表面波传播。