飽和地基中埋置基礎(chǔ)的動(dòng)力振動(dòng)特性研究.pdf

1、土與基礎(chǔ)動(dòng)力相互作用問(wèn)題的研究一直受到力學(xué)界和土木工程界的廣泛關(guān)注，它不僅對(duì)于彈性土動(dòng)力學(xué)的發(fā)展有著重要的作用，而且對(duì)機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。 本文基于Biot飽和多孔介質(zhì)理論，首次用解析的方法較系統(tǒng)地研究了飽和地基中埋置剛性圓柱基礎(chǔ)的動(dòng)力振動(dòng)問(wèn)題。主要工作有： 對(duì)于飽和半空間中埋置剛性圓柱基礎(chǔ)的豎向振動(dòng)，基礎(chǔ)中心受到簡(jiǎn)諧豎向激振力，基礎(chǔ)與地基完全粘著接觸。假定基底與地基的接觸面光滑，接觸面為完全透水。地基作用

2、在基礎(chǔ)上的總力由基礎(chǔ)底面反力和基礎(chǔ)側(cè)面反力兩部分組成。求解基礎(chǔ)底面的反力時(shí)，引入Novak簡(jiǎn)化模型將基底以下的土視為與上覆土層無(wú)關(guān)的均質(zhì)飽和半空間，首先運(yùn)用Hankel積分變換技術(shù)求解飽和土動(dòng)力控制方程，得到其在變換域內(nèi)的一組通解，然后考慮基底與地基接觸面的混合邊值條件建立了一組描述剛性基礎(chǔ)豎向振動(dòng)的對(duì)偶積分方程，并化該對(duì)偶積分方程為第二類Fredholm積分方程，通過(guò)解此Fredholm積分方程求得了土體作用在基礎(chǔ)底面的反力。求解基礎(chǔ)

3、側(cè)面的反力時(shí)，假設(shè)基礎(chǔ)側(cè)壁的土體由若干極薄飽和層所組成，利用極薄飽和層在圓孔周邊處的力-位移關(guān)系和沿基礎(chǔ)側(cè)面積分的方法，求得土體作用在基礎(chǔ)側(cè)面的反力。最后結(jié)合基礎(chǔ)的動(dòng)力平衡方程，求得了飽和半空間中埋置剛性圓柱基礎(chǔ)豎向振動(dòng)時(shí)的動(dòng)力剛度、振動(dòng)振幅的表達(dá)式。通過(guò)與前人研究成果的對(duì)比驗(yàn)證了本文結(jié)果的正確性。數(shù)值算例分析了無(wú)量綱激振頻率、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)質(zhì)量比、飽和土粘滯系數(shù)、孔隙水對(duì)豎向動(dòng)力響應(yīng)的影響。 在工程中具有有限深度、下臥有硬層的

4、單層飽和地基很常見(jiàn)。因此文中采用Novak簡(jiǎn)化計(jì)算模型接著研究了下臥基巖單層飽和地基中埋置剛性基礎(chǔ)的豎向振動(dòng)，分析了不同土層厚度下基礎(chǔ)的豎向動(dòng)力剛度、動(dòng)力放大系數(shù)曲線。 對(duì)于飽和半空間中埋置剛性圓柱基礎(chǔ)的搖擺振動(dòng)，假定基礎(chǔ)與地基完全粘著接觸，基底與地基的接觸面為完全透水或完全不透水，本文用同樣的簡(jiǎn)化計(jì)算模型求解了相應(yīng)的動(dòng)力相互作用問(wèn)題。數(shù)值算例分析了無(wú)量綱激振頻率、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)質(zhì)量比、飽和土粘滯系數(shù)、孔隙水以及接觸面透水條件對(duì)

5、基礎(chǔ)搖擺動(dòng)力剛度、搖擺角位移幅值的影響。 考慮到地基的成層性，本文還研究了下臥基巖單層飽和地基中埋置剛性圓柱基礎(chǔ)的搖擺振動(dòng)問(wèn)題，分析了土層厚度、基礎(chǔ)埋深、飽和土粘滯系數(shù)、孔隙水對(duì)埋置基礎(chǔ)與單層飽和地基搖擺動(dòng)力相互作用的影響。 最后，文中采用相同的Novak簡(jiǎn)化模型，對(duì)飽和地基中埋置剛性圓柱基礎(chǔ)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了研究。考慮地基為飽和半空間和下臥基巖單層飽和地基兩種情況，求得了剛性埋置基礎(chǔ)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)的動(dòng)力剛度、扭轉(zhuǎn)角位移幅值。