基于非局部-Biot理论的饱和土中圆形隧道对地震波的散射研究

发布时间：2020-05-11 17:05

【摘要】：近年来,随着城市地铁的快速发展,地铁隧道在地震波作用下的动应力响应及安全问题引起了人们的广泛关注。本文首先总结分析了国内外地震波作用下圆形洞室动应力响应问题的研究进展,得出现有研究的不足之处,进而引入非局部-Biot理论,以考虑饱和土中孔隙尺寸及孔隙动应力的影响,之后采用波函数展开法重新推导了饱和土中波场表达式及饱和土中应力位移与势函数的关系式。基于此,针对地震波(以P波为例)作用下饱和土中圆形衬砌动力响应问题做了如下研究:利用波函数展开法,研究了饱和土介质中深埋圆形衬砌动应力响应问题,并分析了非局部参数、入射波频率和衬砌厚度等因素对衬砌内动应力集中因子的影响。研究表明:非局部参数仅在高频下对衬砌动应力集中因子具有较大的影响,且当频率高于7000Hz时,此影响不可忽略。利用Graf坐标转换和波函数展开法,研究了饱和土中浅埋圆形衬砌的动应力集中问题,并分析了非局部参数、入射波频率、入射角及隧道埋深等因素对衬砌内动应力集中因子的影响。研究表明:非局部参数对衬砌动应力集中因子的影响与入射波频率有关,高频下影响较为显著,当频率大于280Hz时,此影响不可忽略。除此之外,入射角和隧道埋深对衬砌内动应力集中的影响均较为复杂。基于Graf坐标转换和波函数展开法,研究了饱和土中浅埋复合式衬砌的动应力响应问题,并分析了非局部参数、入射波频率、入射角、衬砌厚度、衬砌刚度及隧道埋深等因素对衬砌内动应力集中因子的影响。研究表明:当频率大于700Hz时,此影响不可忽略;低频时增加衬砌厚度及内侧衬砌刚度可有效地减小衬砌内动应力集中。此外,入射角和隧道埋深对复合式衬砌内动应力集中的影响较为复杂。研究表明,高频时饱和土中孔隙尺寸及孔隙动应力对饱和土动力特性的影响不可忽略,建议地铁隧道衬砌设计时考虑这一因素。
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.28

【参考文献】

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本文编号：2658790