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反平面线源荷载作用下浅埋孔洞的动力响应分析

李何锁  
【摘要】: 确定地震荷载作用下隧道结构的动力反应及地面运动是工程抗震设计中最基础又十分重要的工作。当地表附近存在浅埋孔洞时,一方面,由于孔洞或者隧道的存在,会对地表位移和振动产生放大作用,另一方面,地表的存在也会对孔洞附近的动应力产生很大的影响。目前对于地下深埋结构(不考虑地面影响的孔洞或衬砌)在弹性波作用下的动力分析已有成熟的理论和求解方法,并成功用于工程实践中,对于浅埋结构(必需考虑地面影响)的理论分析尚不完善,主要成果多为研究平面波作用下弹性半空间中孔的波散射问题,对于线源荷载作用下(考虑震源影响)浅埋任意形孔洞的动力响应尚缺乏研究。本文研究地下任意形浅埋孔洞对反平面线源荷载的动力响应,验证并补充已有结果,为进一步研究界面附近缺陷问题奠定基础。 研究了时间谐和的反平面线源荷载作用下半空间中浅埋任意形状孔洞的散射场。利用SH波的对称性得到完整的弹性半空间在时间谐和线源荷载作用下的位移场,采用复变函数和多极坐标方法构造了能自动满足水平而上应力自由边界条件的散射波函数,然后利用任意形孔洞的边界条件,得到一组确定散射波系数的无穷代数方程组,并通过控制精度截取有限项的方法对其求解,给出了圆形,椭圆形,方形孔洞周边的动应力集中和地表位移的数值结果,并分别考虑了入射波频率、线源位置等因素对孔洞周边上的动应力集中系数和地表位移的影响,得出了一些有意义的结论。


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