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弹性地基的表面振动特性及其应用研究

严细水  
【摘要】: 针对学术和工程界较长期存在的争议,本文利用解析解和数值方法对在地面振动的近-远场分界线、表面波法检测地基波速的测点布置方法及其在复合地基中的应用等问题进行了较为深入的研究: 对受地表竖向点源作用的匀质弹性地基,本文通过比较地面位移振幅的既有解析解和瑞利近似解间的差别,分析并确定了其近-远场分界线随地基土泊松比而变化的关系; 为研究层状地基和竖向增强型复合地基的动力特性,本文对梁国钱、陈龙珠等人提出的轴对称有限元-无限元耦合解导出了简化的计算公式并编制了程序,并通过大量的算例分析了有限元区域大小和无限元所用参数的取定原则,论证了本文将幂衰减函数作为第2、3类无限元的形函数也具有很高的计算精度。 利用上述解析解和数值解,本文系统地研究了用表面波法(稳态振动法和SASW法)检测匀质和水平层状地基波速中的测点布置问题。其结果表明,若对地表竖向振动的实测信号不滤除P波、S波即进行R波弥散曲线分析且当测试分析精度要求一定,则点-源距和测点间距将分别随土的泊松比的增大而增大,但两者无须象目前工程界的做法那样取为相同;在有限尺寸的场地上,由于点-源距和测点间距无法满足这种要求时,由表面波法检测出的深层地基波速将会偏低于实际值。本文研究结果还表明,地面水平振动信号也可以用来分析R波的弥散曲线和地基波速检测。 本文对柔性环状地下连续墙型复合地基的初步数值分析结果表明,由于增强体的反射和透射作用,在某些特定频段内,地面振动具有几何衰减较为强烈的频阻效应。这种复合地基的R波理论弥散曲线表明,在数倍柔性地连墙深度的波长下,R波波速将高于天然地基的R波波速,两者差别的大小与地连墙宽度、材料波速以及间距等参数相关,难以从R波弥散曲线上用半波长法来估算地连墙的深度。 本文是国家自然科学基金会资助项目“复合地基振动特性及其应用研究”(No.50079027)的部分研究内容。


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