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粘弹性层状地基的动态反分析

魏翠玲  
【摘要】: 本文分析了层状地基的动态响应求解与岩土工程反分析现状,针对粘 弹性层状地基的动态材料识别这一目的,首先对粘弹性层状地基的动力响 应问题进行了较为系统的研究。在此基础上,利用系统识别方法进行了相 应的动力反分析研究。主要研究内容及研究成果概括如下: 1 针对粘弹性层状地基的动态响应研究现状,在国内外学者研究成 果的基础上,对粘弹性层状地基在动态荷载作用下的轴对称问题的响应进 行了系统研究。从基本方程出发,在频域推导了粘弹性层状地基的轴对称 问题的动态响应表达式,给出了动态荷载作用下的地表位移的解析解。并 进一步对该解的数值积分技术进行了研究,使被积式的双重振荡问题得到 了较好的解决。通过与相关文献结果进行对比而使本文方法与结果的正确 性及有效性得以验证。本文工作证明,频域求解方法是解决动力问题的行 之有效的途径,应用解析法求解粘弹性动力问题思路明确,表达清晰,简 洁有效。 2 时域分析采用有限元方法对动荷载作用下的粘弹性层状地基的轴 对称问题进行了求解与考证。由基本理论出发,推导了粘弹性地基的动力 平衡方程,采用Wilson-θ法对Burgers模型下的有限元动力方程进行了 求解。与相关文献的结果对比表明,利用本文方法对粘弹性层状地基进行 动态响应分析行之有效,计算过程稳定,精度较高。有限元方法适用性强, 是进行时域粘弹性动力问题求解的有效方法,尤其对于作用时间较短的 FWD荷载,边界范围的效应较小,易得到令人满意的结果。 3 对落锤式弯沉仪(FWD)的实测时程数据-荷载脉冲及位移脉 冲曲线进行了特征分析。对60毫秒采样区间末端处的位移通常为非零值 进行讨论、分析,提出了截断误差的校正方法,并对误差来源(如随机干 扰等)进行了分析讨论。在此基础上对大量的FWD实测脉冲时程曲线进 行了分析。根据FWD提供的地基系统的输入与输出双方面的时程数据, 通过Fourier积分变换将时域脉冲数据转换到频域,并求出路表频率响应 函数,为路面结构的频域反分析提供实际标准响应。 4 采用系统识别方法,分别在频域和时域对粘弹性层状地基的结构 层参数进行了较为深入的动态问题位移反演分析理论研究,并对方法与程 序的正确性进行了考证。本文反分析研究所用方法稳定性较好,收敛精度 较高,适用性也较强,能够较好地解诀材料性能识别问题。 5 面层采用与沥青材料较为接近的二参数蠕变柔量公式,基层及土 基采用复阻尼理论,对柔性路面结构的粘弹性性质进行描述。以FWD实 测结果作为系统的标准响应,采用系统识别方法对实际的路面工程结构进 行动态参数反演,取得了较为合理的结果。在实际路面工程中的应用算例 表明,本文方法正问题精度较高,反问题结果满足工程要求,为进一步研 究路面结构使用性能和承载能力评价提供了一种有效、实用的方法。


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