| 题名 | 基于梯度非均匀波阻板的隔振屏障研究 |
| 作者 | 马强 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 周凤玺 |
| 关键词 | 波阻板 隔振屏障 地基振动控制 含液饱和介质 梯度非均匀材料 |
| 学位名称 | 博士 |
| 英文摘要 | 城市交通、工业生产等对周边环境的振动影响及其治理是土动力学领域亟需解决的重要课题之一。作为一种有效的振动污染治理措施,波阻板(Wave Impeding Block,简称WIB)隔振屏障体系正逐渐在工程实际中应用,但以往的研究都集中于假设土体为单相弹性介质的弹性地基和波阻板为单相固体均质材料的情形,对饱和土地基以及波阻板本身材料特性为单相梯度非均匀材料和含液饱和梯度非均匀材料隔振性能的研究较少。含液饱和介质材料由于流-固两相的相互耦合作用使得其在振动过程中引起能量的耗散,具有类似阻尼效应;而梯度非均匀材料的非均匀性对频散曲线和衰减曲线具有显著影响,其同样能够引起环境振动过程中能量的耗散。因此,本文利用含液饱和介质材料和梯度非均匀材料在振动过程中能够引起能量的耗散的特点,首次对弹性地基和饱和土地基下,各种不同材料特性的波阻板(主要包括:单相固体均质材料,单相梯度非均匀材料,含液饱和均质材料,含液饱和梯度非均匀材料)隔振体系的隔振效果进行了分析研究,揭示了含液饱和材料和梯度非均匀材料隔振屏障的工作机理,为此类地基隔振体系的应用提供重要的理论依据。本文的主要工作有以下几个方面:(1)在弹性地基内部设置单相固体均质波阻板,建立了问题的数学模型。基于线弹性理论,采用Fourier级数展开的方法,建立了弹性地基表面和内部受到条形简谐荷载作用下设置单相固体均质波阻板后弹性地基动力响应的计算列式,获得了弹性地基中和单项均质波阻板中任意点处的应力和位移响应。从而为后续文章中各种不同材料特性波阻板隔振体系与单相均质固体波阻板隔振体系隔振效果优越性的对比分析奠定了基础。(2)基于含液饱和多孔介质中的流-固耦合作用,提出了以含液饱和多孔材料作为隔振屏障的一类新型的地基振动控制体系。在弹性地基内部设置含液饱和多孔波阻板,基于线弹性理论和Biot多孔介质模型,采用Fourier级数展开的方法,分别建立了地基表面和内部受到条形简谐荷载作用下地基动力响应的计算列式。通过数值算例,与传统的单相固体波阻板的隔振效果进行了比较,并且分析了多孔材料波阻板中固相材料性质、孔隙率、孔隙流体性质等物理力学参数对地基隔振性能的影响规律。结果表明,相对于单相固体波阻板隔振体系,基于含液饱和多孔波阻板的地基隔振体系更加具有优越性。(3)基于梯度非均匀材料的特点,提出了以单相梯度非均匀波阻板作为隔振屏障的一类新型的地基振动控制体系。在弹性地基内部设置梯度非均匀波阻板,基于线弹性理论,利用Fourier积分变换,根据Helmholtz矢量分解原理,建立了弹性地基在动载荷作用下的回传射线矩阵法(reverberation ray matrix method,RRMM)计算列式。假设梯度波阻板的物理力学性质沿深度方向按幂函数连续变化,采用数值Fourier逆变换获得了弹性地基的位移和应力等物理量的数值解。通过数值算例,与单相固体均质波阻板进行了对比,并分析讨论了梯度非均匀波阻板的材料梯度因子、埋深以及厚度等物理力学参数对地基隔振性能的影响规律。结果表明,与单相固体均质波阻板相比,梯度非均匀波阻板能有效降低振动的振幅,梯度非均匀波阻板具有更好的减振隔振效果,并且更具有可设计性。(4)采用比线弹性模型更符合实际的饱和多孔土体模型,研究了饱和土地基中含液饱和梯度非均匀波阻板的隔振性能。基于Biot多孔介质理论,运用Fourier积分变换和回传射线矩阵法,推导出了频域内饱和土地基的位移、应力以及孔隙水压力等物理量的表达式。通过数值分析,对饱和土地基中含液饱和梯度非均匀波阻板的隔振效果进行了详细的参数研究。结果表明,在饱和土地基中,含液饱和梯度非均匀波阻板具有更好的隔振效果,为饱和土地基的振动控制提供了一类更具有可设计性的隔振体系。(5)结合坐标变换,分别建立了弹性地基和饱和土地基在移动荷载作用下的动力控制方程。采用Fourier变换,利用回传射线矩阵法推导出了频域内弹性地基和饱和土地基的动力响应的计算列式,分别研究了单相梯度非均匀波阻板和含液饱和梯度非均匀波阻板对移动荷载下地基振动的隔振效果。通过数值算例,分析了移动荷载作用下单相梯度非均匀波阻板和含液饱和梯度非均匀波阻板的隔振规律。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 146 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/89900]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马强. 基于梯度非均匀波阻板的隔振屏障研究[D]. 2018. |
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