Duxseal隔振性能数值分析与现场试验研究

将Duxseal工业填料用于自由场主动隔振,发展了一种带孔波阻板填充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效果,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和Z向的地表隔振可分别达到40%,39%和51%。     

顶管施工对土体影响的现场试验研究

通过对顶管工程的现场试验,得到了顶管施工对土压力,孔隙水压力,水位以及深层土体位移和地表位移的影响,从中得出了顶管施工对土体扰动的大小及其扰动范围的规律,并从理论上分析了原因,为顶管工程的应用提供了参考。     

土工袋减振隔振机制分析及试验研究

设置于地基中的土工袋不仅可以提高地基承载力,而且具有减振隔振效果。通过水平循环剪切试验研究了土工袋的动力特性,验证了土工袋具有可变的水平刚度和较大的阻尼比,表明土工袋是一种良好的基础减振隔振材料。土工袋的等效阻尼比随着竖向压力的增大而减小,随着最大剪应变的增大而增大。同时,采用离散单元法进行了土工袋在动力荷载作用下的数值模拟计算,土颗粒间采用弹簧-阻尼器接触模型;而土工袋被看成具有张力的小颗粒薄层,这些小颗粒间的接触与袋内土颗粒间的接触模型相同,但仅设置法向的接触而无切向接触,且只受拉不受压。结果表明,土工袋的减振消能效果主要来自于袋内材料的摩擦耗能、黏滞耗能以及袋子张力引起的耗能。另外,还进行了土工袋沟槽的原位振动测试,验证了土工袋的减振隔振效果。     

节理面透射模型及其隔振性能研究

振动波入射到节理界面上,与软弱断层一样会产生波场的分解,能够起到隔振作用。根据线性变形节理的透反射规律研究发现,隔振后各点的波场可由透射P波与透射S波叠加而成,其能量分配服从Zoeppritz方程,不连续位移造成了透射波的衰减;法向刚度增加透射纵波系数会增加,而切向刚度与透射纵波无关,法向与切向刚度对透射S波均有影响,刚度增加透射S波振幅逐渐降低,逐步逼近于0;由于透射后波场相互干涉,不同波场延时不同,透射合成波与入射波相比,振幅降低,持续时间增加,波形尾段有畸变;总能量系数与节理面的刚度无关,而随入射角增加不断降低。     

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。     

周期性排桩设计频段隔振原理性试验研究

针对目前基于带隙理论开展的周期性隔振排桩性能研究偏重于解析理论分析和数值仿真计算的现状,采用原理性试验的方法,验证了周期性隔振排桩的衰减域特性。试验设计了4种工况：分别考虑了空心钢管桩和填土钢管桩两种排桩类型,以及六角晶格和正方晶格两种周期性布置方式。激振采用脉冲荷载激励,将隔振工况与无桩基本工况进行比较,对周期性排桩的振动衰减域进行了测试和分析,并与带隙理论计算的频率带隙结果进行对比。研究表明：在理论计算带隙范围内,各工况下实测衰减水平均在50%以上,最高达到98%。表明了周期排桩对特定频带的振动阻隔实际效果明显,隔振表现突出,证实了理论分析的有效性。周期排桩对水平方向的振动衰减优于竖直方向;从趋势上看,在其他条件相同时,六角晶格布置的周期排桩,其振动衰减水平优于正方晶格布置;桩内填土可有效增加六角晶格布置钢管桩的首阶带隙及衰减域宽度,有效降低正方晶格布置钢管桩的首阶带隙及衰减域起始频率。对应于试验的工程实际尺寸在0～80 Hz频段内出现多条带隙,并且最低可达20 Hz以下,这表明,基于带隙理论进行周期隔振排桩设计,在地铁列车振动环境影响的特征频段隔离或衰减中,具有广泛的应用前景。     

CO2地质储存过程中的地表变形数值模拟研究

本文以阿尔及利亚Salah场地为例, 利用CGS-THCM耦合模拟程序建立数值模型, 模拟不同方式注入CO2引起地表位移的变化规律, 提出将数值模拟手段与inSAR监测数据结合起来综合评估CO2地质封存工程中的CO2逃逸问题, 并建立了CO2逃逸-地表位移评估体系, 评估CGS工程中被封存的CO2是否逃逸以及逃逸量的大小。通过模拟结果可以看出:工程初期引起地表位移较小, 随着时间的增加, 引起的地表位移越来越明显, 而且注入量大、注入压力大都会引起相对较大的地表位移。     

水平-摇摆耦合振动波阻板主动隔振三维分析

为研究三维地基中波阻板（简称WIB）的隔振效果,建立了以薄层法基本解答作为格林函数的半解析边界单元法。对水平-摇摆耦合激振作用下WIB隔振系统的主动隔振进行了计算,详细分析了WIB参数对隔振效果的影响。研究表明,WIB可以有效地隔振;增加WIB的厚度、提高WIB的弹性模量、减小WIB 的埋深可以有效提高隔振效果,而增加WIB的直径可以显著降低WIB范围内地表位移振幅,但对WIB范围外的地表位移影响较为复杂。     

周期排列水平管对地铁振动的隔振性能研究

根据声子晶体理论,提出了一种周期性排列的水平管隔振方法并探讨了其对地铁振动的隔振性能。利用平面波展开法与Bloch定理结合,得到水平管的能带结构。建立轨道?隧道?土体相互作用的三维ABAQUS精细化模型,进一步验证了周期性水平管对地铁振动的减振效果,并探究了水平管材料及其相关参数对隔振带隙的影响。结果显示：数值计算所得的衰减域与理论分析的带隙结果相吻合,周期性排列的水平管对特定频带的振动隔离效果明显且其隔振频带较宽。衰减域随填充材料弹性模量的减小逐渐下移;隔振频带的起始值随桩径的增大而提高;随着轴心间距的增大,衰减域上下限同时减小,同时也在一定程度上降低了整个隔振结构的带隙宽度。计算表明周期性水平管在不同参数条件下的频带范围在40～900 Hz之内。     

DDA数值方法及工程应用研究

基于 DD A计算模型 ,补充和发展了 D DA计算程序 ,分析了边坡大位移问题和地下开挖引起地面变形的工程实例 ,并与离散元计算结果进行了比较研究。计算分析结果表明 ,该模型的计算结果基本符合实际 ,适合于不连续块体系统岩体的情况 ,可用于大规模工程问题的应用和分析。     

强夯加固机理及其环境影响的数值分析

采用大变形几何非线性有限元法分析强夯加固机理及其振动对环境影响。在强夯计算模型中,引入P波阻尼和S波阻尼的概念来说明土体的材料阻尼特性,同时运用改进人工边界法来模拟波在人工边界上的传播。采用速度和加速度作为强夯振动对环境影响的评价标准,得出强夯的最小安全距离。隔振沟是一种有效的隔振方法,分析了隔振沟隔振效果的各种影响因素,对实际工程具有一定的参考价值。     

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。     

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.     

大面积堆载下软土地基的应力隔离与加固实例分析

为研究大面积堆载对邻近建（构）筑物的影响机理与治理对策,结合应力隔离桩与地基加固在大面积堆载条件下的软土地基处理中的联合应用工程实例,应用数值模拟方法,分析了大面积堆载导致邻近建筑物发生地基事故的原因,深入研究应力隔离桩和地基加固的应用对邻近建筑物地基的应力和变形的影响机理。在此基础上,提出经济有效的治理对策,同时指出需要进一步研究的问题,可为类似工程实践提供参考。     

凹形地貌对爆破振动波传播影响的数值模拟

应用UDEC程序模拟了爆破振动波在凹形地貌中的传播特征,并与广东岭澳核电站2期基础爆破开挖现场监测结果进行了对比。对比分析结果表明,数值模拟结果与现场监测结果较为吻合。研究结果还揭示,凹形地貌对爆破振动波具有明显的衰减作用,质点水平向振动速度的衰减幅度大于质点垂直向。同时,衰减系数随凹形地貌深度、宽度的增加而增加,但随宽度增加的幅度较小。另外,爆破振动波的衰减系数随爆源距增加而减小,随最大段药量的增大而增大。