黏弹性土中衬砌隧道振动响应的解析解

发布时间：2018-03-02 17:31

  本文选题：隧道工程　切入点：黏弹性土　出处：《工程力学》2014年03期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：该文采用解析方法在频率域内对黏弹土层和衬砌结构简谐振动特性进行了研究。首先,将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,根据黏弹性理论,推导得到了简谐荷载作用下分数导数型黏弹性土层的位移和应力等解析表达式。其次,建立了两种类型的衬砌运动方程:第一,将衬砌结构视为均匀弹性介质,研究了分数导数黏弹性土中弹性衬砌结构的动力特性;第二,将衬砌等效为薄壁壳体结构,利用Flügge薄壳理论,得到了衬砌结构的运动方程,并对分数导数黏弹性土和壳体衬砌的动力相互作用进行了分析。根据连续性边界条件,得到了相关待定系数的表达式。再次,与以往的解析解进行了对比。最后,通过算例分析了土体和衬砌各参数对系统动力特性的影响,结果表明:薄壁壳体衬砌结构条件下系统的动力响应大于均匀弹性衬砌结构条件下系统的动力响应;随着土体和衬砌模量比的增加,响应幅值逐渐减小。分数导数本构参数对系统的动力特性有较大影响。
[Abstract]:In this paper, the harmonic vibration characteristics of viscoelastic soil layer and lining structure are studied in frequency domain by analytical method. Firstly, the soil skeleton is regarded as a viscoelastic body with fractional derivative constitutive relation, according to the viscoelastic theory. The analytical expressions of displacement and stress of fractional derivative viscoelastic soil under harmonic loading are derived. Secondly, two types of lining motion equations are established: first, the lining structure is regarded as a homogeneous elastic medium. The dynamic characteristics of elastic lining structure in fractional derivative viscoelastic soil are studied. Secondly, the lining is equivalent to thin-walled shell structure and the motion equation of lining structure is obtained by using the theory of Fl 眉 gge thin shell. The dynamic interaction between fractional derivative viscoelastic soil and shell lining is analyzed. According to the continuous boundary condition, the expression of correlation undetermined coefficient is obtained. The influence of soil and lining parameters on the dynamic characteristics of the system is analyzed. The results show that the dynamic response of the system under the condition of thin-walled shell lining is greater than that of the system under the condition of uniform elastic lining. With the increase of the ratio of soil to lining modulus, the response amplitude decreases gradually, and the fractional derivative constitutive parameters have great influence on the dynamic characteristics of the system.
【作者单位】： 嘉兴职业技术学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(10872124) 浙江省自然科学基金项目(LY12E09006) 浙江省水利厅重点科研项目(Z201119560) 浙江省教育厅重点科研项目(201107210003)
【分类号】：U451.4

【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 张庆元，战人瑞;爆轰载荷作用下球形空腔的动力响应[J];爆炸与冲击;1994年02期

2 任青文,邱颖;具有衬砌圆形隧洞的弹塑性解[J];工程力学;2005年02期

3 吕晓聪;许金余;;海底圆形隧道在渗流场影响下的弹塑性解[J];工程力学;2009年02期

4 丁伯阳;宋新初;袁金华;;饱和土隧道内集中荷载作用下振动位移反应的Green函数解答[J];工程力学;2009年06期

5 刘林超;闫启方;杨骁;;分数导数粘弹性土层模型中桩基竖向振动特性研究[J];工程力学;2011年08期

6 高盟;高广运;王滢;冯世进;;均布突加荷载作用下圆柱形衬砌振动响应的解析解[J];岩土工程学报;2010年02期

7 孙海忠;张卫;;一种分析软土黏弹性的分数导数开尔文模型[J];岩土力学;2007年09期

8 何利军;孔令伟;吴文军;张先伟;蔡羽;;采用分数阶导数描述软黏土蠕变的模型[J];岩土力学;2011年S2期

9 朱正佑,李根国,程昌钧;具有分数导数本构关系的粘弹性Timoshenko梁的静动力学行为分析[J];应用数学和力学;2002年01期

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈士海;爆破地震动研究现状[J];爆破;2003年S1期

2 尹益辉,陈裕泽,邓礼辉;热力联合冲击下球型空腔热动力响应的封闭解[J];爆炸与冲击;2000年01期

3 卢应发;刘德富;田斌;邵建富;;广义帽盖模型和数值模拟[J];工程力学;2006年11期

4 吕晓聪;许金余;;海底圆形隧道在渗流场影响下的弹塑性解[J];工程力学;2009年02期

5 邹金锋;;考虑水-力耦合时交通隧道非线性解析[J];工程力学;2011年12期

6 刘林超;闫启方;;分数导数模型描述的粘弹性土层中桩基水平振动研究[J];工程力学;2011年12期

7 高洪波;刘林超;闫启方;;分数导数微分算子描述的粘弹性土层中群桩的水平振动研究[J];工程力学;2012年06期

8 熊伟,刘耀宗,邱静,郁殿龙;材料阻尼模型综述[J];功能材料;2005年10期

9 程昌钧,卢华勇;粘弹性Timoshenko梁的变分原理和静动力学行为分析[J];固体力学学报;2002年02期

10 高盟;高广运;王滢;杨成斌;熊浩;;饱和土与衬砌动力相互作用的圆柱形孔洞内源问题解答[J];固体力学学报;2009年05期

相关会议论文 前4条

1 高广运;高盟;冯世进;;爆炸荷载作用下隧道动力响应的解析解[A];第十届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2008年

2 王明斌;李术才;蔚立元;秦昊;;热力响应下衬砌隧道附加应力场的敏感性分析[A];全国地下工程超前地质预报与灾害治理学术及技术研讨会论文集（Ⅰ）[C];2009年

3 姚兆明;徐颖;王厚良;邵维;;人工冻土蠕变特性分数阶导数模型[A];中国煤炭学会成立五十周年系列文集2012年全国矿山建设学术会议专刊（上）[C];2012年

4 侯磊;宋昌雨;;含分散度的胶凝含蜡原油分数微积分蠕变关系式[A];流变学进展（2012）——第十一届全国流变学学术会议论文集[C];2012年

相关博士学位论文 前10条

1 孙军杰;黄土场地震陷与桩基负摩阻力现场试验研究[D];兰州大学;2010年

2 李鹏飞;海底隧道围岩稳定性分析与控制研究[D];北京交通大学;2011年

3 王琼;跨断层隧道地震反应分析[D];中国地震局工程力学研究所;2011年

4 尹应梅;基于DMA法的沥青混合料动态粘弹特性及剪切模量预估方法研究[D];华南理工大学;2011年

5 薛富春;富水黄土隧道隧底动力特性研究[D];西南交通大学;2011年

6 彭念;原位扩建隧道围岩力学响应机理研究[D];重庆大学;2010年

7 李晶晶;具有高阶剪切效应的弹性和粘弹性板的理论及其静、动力学行为分析[D];上海大学;2004年

8 盛冬发;损伤粘弹性基本理论及其结构的静、动力学行为分析[D];上海大学;2004年

9 韩治;求解非线性粘弹性问题的时域精细算法[D];大连理工大学;2007年

10 胡春林;桩基非线性动力学特性研究[D];上海大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 夏亚东;高分子材料的线性与非线性分数算子本构关系研究[D];暨南大学;2010年

2 吕奇峰;隧道内定向诱导劈裂注浆机理及其配套检测方法研究[D];北京交通大学;2010年

3 闫启方;分数导数粘弹性土层中单（群）桩水平振动特性研究[D];郑州大学;2011年

4 肖世武;基于分数阶导数的静态黏弹性本构模型与应用[D];湘潭大学;2011年

5 付学燃;爆炸冲击下地铁站支承柱与隧道衬砌的防护性能研究[D];天津大学;2010年

6 皮映星;交通荷载下浅埋隧道围岩和衬砌工作性能研究[D];湖南工业大学;2011年

7 周晓东;乌龙泉矿原始边坡爆破及其参数优化的研究[D];武汉科技大学;2004年

8 王永;考虑损伤效应的纤维增强复合材料板壳结构的非线性力学分析[D];湖南大学;2005年

9 刘林超;分数导数型粘弹性材料的力学行为及在结构减振中的应用研究[D];暨南大学;2005年

10 焦彩虹;多轴强度安全系数及其工程应用[D];河海大学;2006年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张庆元，战人瑞;爆轰载荷作用下球形空腔的动力响应[J];爆炸与冲击;1994年02期

2 胡昌斌;黄晓明;;成层粘弹性土中桩土耦合纵向振动时域响应研究[J];地震工程与工程振动;2006年04期

3 丁伯阳,樊良本,吴建华;两相饱和介质中的集中力点源位移场解与应用[J];地球物理学报;1999年06期

4 刘银斌，李幼铭，，吴如山;横向各向同性多孔介质中的地震波传播[J];地球物理学报;1994年04期

5 丁伯阳,孟凡丽,胡敏云;两相饱和介质的弹性位错震源矢量与静态位移场[J];地震学报;2001年03期

6 宋俐,张永强,俞茂宏;压力隧洞弹塑性分析的统一解[J];工程力学;1998年04期

7 刘长武,褚秀生;软岩巷道全断面锚注加固的力学原理与应用[J];工程力学;2000年05期

8 任青文,邱颖;具有衬砌圆形隧洞的弹塑性解[J];工程力学;2005年02期

9 杜秦文;朱向荣;丁伯阳;;埋置点源简谐荷载作用下Gibson土体动力Green函数[J];工程力学;2007年02期

10 任青文,张宏朝;关于芬纳公式的修正[J];河海大学学报(自然科学版);2001年06期

相关硕士学位论文 前1条

1 蔡羽;湛江强结构性粘土力学性状的时间效应研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2005年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王凯;浅谈界牌山隧道的设计[J];煤炭工程;2005年10期

2 高新强,仇文革;深埋单线铁路隧道衬砌高水压分界值研究[J];岩土力学;2005年10期

3 高盟;高广运;王滢;熊浩;;内部荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应解答[J];力学季刊;2009年02期

4 李鹏飞;张顶立;王梦恕;房倩;李兵;;海底隧道衬砌结构受力特点及断面形状优化[J];中国铁道科学;2009年03期

5 汪伟松;周晓军;;列车荷载作用下立体交叉隧道的响应分析[J];路基工程;2010年04期

6 闫治国;朱合华;;隧道衬砌结构火灾安全及高温力学行为研究[J];地下空间与工程学报;2010年04期

7 程亚东;盛亚军;韩同春;王福建;;羊栈岭隧道维修加固方案的力学计算分析[J];西部探矿工程;2006年07期

8 赵录学;;终南山隧道内轮廓及衬砌结构设计[J];西部探矿工程;2006年09期

9 范磊;曾艳华;何川;程小虎;;寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律[J];中国铁道科学;2007年01期

10 曹磊;谷柏森;郑伟;;提高乌鞘岭特长隧道衬砌结构耐久性设计与施工[J];隧道建设;2007年01期

相关会议论文 前10条

1 陈坤;;盾构法隧道未封闭衬砌的计算模型初步研究[A];第二届全国地下、水下工程技术交流会论文集[C];2011年

2 熊炜;范文;彭建兵;邓龙胜;闫芙蓉;;正断层活动对公路山岭隧道工程影响的数值分析[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年

3 宋超业;周书明;谭志文;;海底隧道衬砌水荷载计算[A];中国土木工程学会第十三届年会暨隧道及地下工程分会第十五届年会论文集[C];2008年

4 赵大洲;;盾构管片衬砌环间接缝对结构内力影响分析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2010年

5 姚永勤;王明年;;相邻隧道施工对衬砌结构安全性的影响分析[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2003年

6 宋超业;周书明;谭志文;;海底隧道衬砌水荷载计算[A];中国中铁隧道集团2007年水底隧道专题技术交流大会论文集[C];2007年

7 常艄东;;太峪隧道衬砌补强加固方法[A];第八届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ卷）[C];1999年

8 徐燕;丁文其;;连拱隧道断面形状及衬砌结构优化与应用[A];第十届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2008年

9 秦东平;周作顺;李爱民;;结合天津地铁1、3号线探讨盾构隧道结构设计[A];天津市土木工程学会第七届年会优秀论文集[C];2005年

10 林义;林志;;地铁隧道衬砌结构选型研究[A];中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 中国土木工程学会 詹天佑土木工程科技发展基金会主办;中国土木工程科技创新最高奖——詹天佑大奖[N];中国建设报;2006年

2 王立波;科技创造卓越[N];中国建设报;2005年

3 徐景明;翔安隧道施工质量达国际先进水平[N];厦门日报;2007年

4 方东 刘新红;铁四院技术创新保证隧道安全过江[N];中国建设报;2007年

5 通讯员 王伯海 赵誉 朱萍;管片生产提前完工[N];中国铁道建筑报;2008年

6 国海邋　南下　世玺;科技创新点亮隧道施工[N];中国建设报;2007年

7 中国工程院院士 王梦恕;重任，摆在我们面前[N];中国交通报;2002年

8 韩春丽;武广及武合客专隧道防水项目通过审查[N];中国建材报;2010年

9 通讯员 周裕君;隧道穿越难 技术显优势[N];建筑时报;2009年

10 李华坤　段宏杰;厦门翔安海底隧道施工取得重大突破[N];中国建设报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 吴克新;青岛地铁交叠隧道施工力学响应与地面建筑变形控制研究[D];山东科技大学;2010年

2 郭小红;厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构稳定性研究[D];北京交通大学;2011年

3 闫治国;隧道衬砌结构火灾高温力学行为及耐火方法研究[D];同济大学;2007年

4 孙富学;海底隧道衬砌结构寿命预测理论与试验研究[D];同济大学;2007年

5 胡群芳;基于地层变异的盾构隧道工程风险分析及其应用研究[D];同济大学;2006年

6 滕宏伟;隧道特殊大变形段初支开裂机理及二次衬砌结构可靠度研究[D];重庆大学;2008年

7 马栋;深埋岩溶对隧道安全影响分析及处治技术研究[D];北京交通大学;2012年

8 刘丰军;盾构法隧道预应力衬砌设计理论及方法研究[D];同济大学;2007年

9 康军;黄土公路隧道设计与施工技术研究[D];长安大学;2006年

10 姜安龙;大直径越江盾构隧道管片结构理论分析及其工程应用研究[D];同济大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 王超;西安地铁地裂缝隧道新型防渗技术的模型试验研究[D];西安理工大学;2010年

2 鹿江;复杂地质条件下公路隧道受力性状分析及结构可靠性评价[D];长安大学;2010年

3 周建晖;公路隧道衬砌结构设计系统的研究与开发[D];同济大学;2006年

4 夏谦;隧道内爆炸作用衬砌结构的损伤机理和抗爆性能研究[D];浙江大学;2011年

5 刘继青;公路隧道模筑多孔混凝土衬砌结构的抗火性能理论研究[D];山东建筑大学;2011年

6 汪洋;隧道火灾下衬砌结构安全性能研究[D];中南大学;2008年

7 文栋良;高烈度地震区隧道洞口段地震动力响应及减震措施研究[D];重庆交通大学;2010年

8 马建宇;公路隧道复合式衬砌结构在不同火灾场景下的安全性研究[D];山东建筑大学;2011年

9 冯岗;隧道衬砌厚度不足和背后空洞对衬砌结构安全性影响研究[D];北京交通大学;2013年

10 吴剑秋;软弱围岩水下隧道渗流场分布规律及衬砌水压力特征研究[D];北京交通大学;2013年

本文编号：1557525