基于粘性-滑移界面接触模型半空间隧道衬砌对平面P波的散射

基于粘性-滑移模型模拟隧道衬砌和围岩之间的接触状态,采用间接边界积分方程法求解弹性半空间中隧道衬砌对平面P波的散射,着重考察了地表位移放大和衬砌动应力集中效应。结果表明:接触滑移边界的刚度系数和粘度系数对隧道衬砌的动应力分布影响较大,滑移刚度较小时,共振频率段动应力集中效果更加显著;随着粘度系数的增大,衬砌内部环向应力幅值逐渐减小。另外,界面刚度系数和粘度系数对隧道衬砌动力反应的影响程度也受控于入射频率和角度。     

地下衬砌洞室对Rayleigh波的放大作用

本文利用波函数展开法,给出了半空间中圆形衬砌洞室引起的Rayle igh波散射问题的一个级数解,并通过对求解技术的改进,获得了高频解答。论文通过入射波长、洞室直径、衬砌刚度和埋置深度等参数分析,研究了地下洞室对Rayle igh波的放大作用。数值结果表明,地下洞室情况下地表位移幅值可以达到无洞室情况的2.6倍以上;多数情况下,柔性衬砌洞室情况地表位移幅值最大,无衬砌洞室情况次之,刚性衬砌情况最小。     

饱和土中圆柱形衬砌对瞬态弹性波的散射

基于Biot波动理论,运用Laplace变换和波函数展开法,得到瞬态弹性波入射条件下饱和土体及圆柱形衬砌的位移应力表达式.利用饱和土体与衬砌结构的连续条件和衬砌结构内边界上的应力自由条件确定表达式中的未知系数.利用Laplace逆变换的数值方法给出了问题的数值解.研究了衬砌结构的动应力集中系数的波型特性及材料剪切模量和衬砌厚度对动应力集中系数的影响.结论表明随着阶数n的增大波型明显衰减;土体较衬砌结构软时动应力集中系数越大;衬砌结构厚度越大动应力系数越小.     

平面P波入射下深埋圆形复合式衬砌隧道抗减震机理研究

基于Fourier-Bessel级数展开法,研究深埋圆形三层复合式衬砌洞室在平面P波入射下的动应力集中问题,并给出三层衬砌洞室动应力集中系数级数解析解;依托某IX度地震区管道隧道实际工程,分析不同衬砌刚度组合和厚度组合对洞室动应力集中系数的影响。研究表明:注浆加固洞室围岩和设置减震层都可以降低二次衬砌动应力集中系数;增大围岩注浆区弹性模量和厚度,有利于减小衬砌动应力集中系数,最优围岩注浆区厚度为1倍洞室净空半径;减震层弹性模量降低,减震层厚度增大,二次衬砌动应力集中系数变小,减震层弹性模量宜低于围岩弹模1/20,最优减震层厚度宜取1/50的洞室内净空半径。最后针对实际管道隧道抗减震技术,考虑围岩稳定性,提出"围岩-加固圈-减震层-衬砌"新型减震结构,分析结果表明:对比其他三种抗减震措施,新型减震结构的减震效果最好。     

P波入射引起的水下输水隧洞地震响应研究

研究输水隧洞的地震响应问题对引水工程的抗震设计和施工是必要的。采用波动解法,得到了P波入射时水下输水隧洞平面地震响应的解析解。通过对场地模型的分析,给出了水下场地-隧洞衬砌-隧洞内水体体系的地震响应。并着重讨论了P波入射时隧洞埋深和地表水深对衬砌结构动力响应的影响。研究表明,P波入射引起的水下输水隧洞地震响应随着地表水深的增大而增大;低频P波入射时,随着隧洞埋深的增大,隧洞衬砌的动应力逐渐增大,动位移则逐渐减小,而高频P波入射时,隧洞衬砌的动力响应随着隧洞埋深的增大而呈波动式变化。     

柱面SH波在地下圆形衬砌洞室周围散射解析解

采用波函数展开法给出了半空间中柱面SH波在圆形衬砌洞室周围散射的解析解,并对解答的精度进行了分析。通过数值算例分析了入射频率、波源与洞室的距离、洞室埋深、衬砌刚度等对洞室衬砌动应力集中因子的影响。研究表明,柱面波在地下衬砌洞室周围的散射与平面波情况有着显著的差别,衬砌动应力集中因子和波源与洞室的距离密切相关;柱面波在全空间衬砌洞室周围的散射与半空间情况有着显著的差别,半空间地表对动应力集中因子有着重要影响。     

SV波斜入射下Nam Ngum 5拱坝-库水-地基系统的地震响应分析

基于黏弹性人工边界与相应地震动输入方法,推导了任意角度下三维SV波斜入射时的等效节点荷载,构建了考虑地震波斜入射的三维黏弹性静-动力统一人工边界,探究了三维情况下混凝土拱坝在地震波斜入射时的地震动响应,应用于Nam Ngum 5重力拱坝-库水-地基系统的地震响应分析中。研究结果表明：当SV波斜入射角度逐渐增大时,坝体关键点的顺河向位移、主应力以及动水压力峰值均呈现逐渐增大的趋势,横河向位移呈现逐渐减小的趋势;其中25°与0°入射相比,坝顶点顺河向位移从0增加至0.15 m,横河向位移影响较小仅减小0.011 m;坝踵点、坝趾点主应力与斜入射角度存在明显差异,当入射角度为25°时,主拉应力与主压应力峰值相较于垂直入射分别增加了1.41 MPa与3 MPa;坝踵处动水压力峰值也在入射角度为25°时达到最大为0.33 MPa与-0.29 MPa;需要在类似实际工程设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

分离式双圆形隧道衬砌对平面SH波的散射

采用波函数展开法,将入射、散射和折射SH波的位移势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据Graf加法定理,得到了任一局部圆柱坐标系下的波场势函数的表达式.根据隧道衬砌与周围岩体都在界面处应力和位移连续及衬砌内边界完全自由的边界条件,得到了分离式双隧道衬砌对入射平面,SH波的多重散射问题的理论解.通过数值计算分析得出:入射频率、衬砌间距、衬砌与围岩的模量比及衬砌的厚度等是影响衬砌内侧的无量纲位移和动应力集中因子分布的重要因素,为双衬砌或多衬砌的地震评价提供了理论依据.     

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明：1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。     

饱和土半空间中地下圆形衬砌洞室对平面SV波的散射

在Biot饱和多孔介质动力学理论的基础上,利用Fourier-Bessel级数展开法,通过对舍有衬砌洞室的局部场地进行波场分析,得到饱和土半空间中圆柱形衬砌洞室对平面SV波的散射问题的解析解。经验证,本文得到的解可以退化为半空间单相介质的情况。通过与已有的单相弹性介质半空间中圆柱形衬砌洞室对平面SV波散射问题的解析解的对比,验证了此解的正确性。在解析解的基础上,数值计算给出洞口动应力集中放大系数,分析了入射频率和孔洞埋深对柱面上的应力集中因子的影响。