土体饱和度对移动荷载引起多层非饱和铁路地基振动的影响

采用半解析法研究了移动荷载作用下多层非饱和铁路地基的共振问题,分析了土体饱和度对非饱和地基振动的影响。采用分层非饱和多孔介质描述铁路地基;基于非饱和多孔介质的控制方程,采用多重傅里叶变换和土层界面位移、应力条件,推导了频率-波速域分层非饱和地基总体刚度矩阵。结合包括钢轨、轨垫、轨枕和道砟的轨道模型,建立耦合轨道-地基半解析模型。研究了移动简谐荷载作用在轨道上的多层非饱和地基的动力响应;考虑饱和度对土体剪切模量的影响,讨论了地基首层土和夹层土饱和度变化对地面振动的影响。采用频散曲线研究了地基共振模态。研究发现土体饱和度变化对振动位移的影响规律,与地基分层、荷载速度和频率有关。随饱和度减小,地基共振模态出现频率增大,地基关键速度增大。     

基于“四带”划分的弯曲下沉带岩层移动预计模型

根据采空区上覆岩层的"四带"划分,考虑到弯曲下沉带岩层的移动特征,提出了弯曲下沉带岩层的移动主要受弯曲下沉带内最下方,即最靠近似连续带的一层关键层的控制,其下沉移动可以近似认为呈现椭球圆台的基本轨迹,而弯曲下沉带最终移动是其内部各岩层移动所形成的椭球圆台的叠加,并最终形成一个椭圆抛物面的移动轨迹的观点。基于这一观点,首先确定了弯曲下沉带移动的挠度函数;进而结合弹性薄板理论,建立了水平、近水平煤层开采条件下弯曲下沉带内单一岩层下沉移动的椭球圆台模型;基于各岩层移动的椭球圆台叠加,建立了弯曲下沉带岩层移动的数学模型;最后给出了模型参数的确定方法。该研究结果丰富了弯曲下沉带移动的理论研究,为采动地表和岩层的移动变形研究提供了新的理论和方法。     

铁路交通引起的地面振动荷载确定

随着铁路交通建设的快速发展,铁路交通运行引起的环境振动日益引起人们的关注。为了更好地研究地面振动荷载的特性及其传播规律,根据列车本身的结构和道床结构特性,将钢轨、轨枕、道床以及高出地面部分的路基作为整体,建立车厢-转向架-道床结构体的地面振动荷载二系弹簧计算模型,通过分析现场测试得到的地面振动速度数据和车辆自身的振动情况,并利用傅立叶变换程序FFT对地面振动荷载数据进行傅立叶变换,得到地面振动荷载的数定表达式。     

半周期自修正防弯钻具（XBZX）的研制与应用

针对深孔钻探中钻孔弯曲问题,研制了半周期自修正防弯钻具（XBZX）。该钻具采用杠杆工作原理,结构简单。经过多个钻孔应用实践证明,使用该钻具能有效降低钻孔弯曲,并且在许多造斜地层的钻孔施工中取得了良好效果。     

弯曲河段床面分形特征及床面阻力试验研究

根据概化水槽试验的结果,引入河床表面分形维数(以下简称BSD)用于河床表面形态的量化研究,并对BSD的计算方法、弯曲河道的分形特征及BSD值的大小与床面阻力的关系进行了探讨.结果表明,BSD的大小在大尺度上能够反映河段在纵向上的深泓起伏程度和横向的滩槽差,在小尺度上能反映河床表面相对的冲淤幅度,即弯曲河段床面具有明显的...     

振动导致黄河口海床渗透性变化研究

黄河水下三角洲为细粒粉质土沉积。土体渗透性是海工设计与海床稳定性评价的重要参数之一。在波浪等循环荷载作用下,黄河口海床土渗透系数如何变化尚不清楚。本文利用现场原位振动试验和室内土样振动实验,研究土体渗透系数随所受振动能量的变化,发现循环荷载作用使海床土渗透系数先变小然后持续变大,变化幅值可达4倍多。通过同步测量循环荷载导致的土体容重等的变化,结合试验现象的观测,进一步分析了渗透系数随循环荷载变化的机理。     

考虑横向效应饱和黏弹性土层中桩的纵向振动

由于饱和土中土体颗粒与孔隙水的相互作用以及桩与土体的不同渗透率,饱和土体中桩基的力学行为与单相土中桩基力学行为有很大的差别。基于饱和多孔介质理论,考虑桩纵向振动时的横向变形及惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,在频率域中研究了饱和黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性,给出了饱和黏弹性土层和桩纵向振动时动力响应的解析解及桩头复刚度的解析表达式。通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的响应,考察了饱和土物性参数、桩土模量比、桩长径比、泊松比等参数对桩头刚度因子和阻尼的影响。研究表明,对于大直径桩,当外载荷激励频率较大时桩横向效应对桩头刚度因子和阻尼有显著的影响     

考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究

与实心桩相比,由于土塞与管桩内壁复杂的相互作用,开口管桩的桩-土动力相互作用问题更为复杂。因此,需深入研究考虑土塞效应时的管桩-土体动力相互作用问题。首先,考虑管桩的横向惯性效应及其黏性性质,采用Rayleigh-Love动力杆件模型和附加质量模型建立了桩侧土-管桩-土塞系统的纵向振动控制方程。进一步,采用积分变换和阻抗函数传递技术,分别得到了任意荷载形式下管桩桩顶速度频域响应的解析解以及半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。最后,通过与现有解及模型试验的对比研究验证了理论解的合理性,并研究了管桩设计参数对桩顶纵向振动特性的影响。结果表明,当管桩其他设计参数不变时,管桩截面尺寸越大或长度越小时,应力波传播过程中的弥散效应越明显。对于同样外半径的管桩,壁厚越大时,越容易检测到土塞顶部界面及桩尖传来的反射信号,就能对管桩的施工质量进行更为合理的评价。     

考虑三维波动的饱和土中管桩群桩的水平振动研究

考虑桩周饱和土和桩芯饱和土的三维波动效应研究了饱和土中管桩群桩的水平振动,得到了管桩群桩的水平动力阻抗。将桩周土和桩芯土视为两相饱和土,并利用多孔介质理论来描述其力学特性。运用数学物理手段求得了桩周饱和土和桩芯饱和土的水平动力阻抗。运用波的传播理论和叠加原理,同时考虑边界条件和三角函数的正交性,求得了管桩群桩中任一根管桩的水平作用力。考虑刚性承台处管桩桩顶位移协调条件和桩顶水平作用力平衡条件,得到了饱和土中管桩群桩的水平动力阻抗。以2×2管桩群桩为例分析和讨论了有关物理参量对饱和土中管桩群桩水平振动特性的影响。研究结果表明:实芯群桩与管桩群桩的水平动力阻抗都存在一定的差异,频率较小时需要考虑桩芯饱和土与桩周饱和土性质的差异对管桩水平动力阻抗的影响,管桩长径比和管桩壁厚对饱和土中管桩群桩水平振动的影响较大,在实际工程设计中需要重点考虑桩身尺寸。     

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。