埋入式樁板路基粗顆粒夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)力波傳播特性研究.pdf

1、隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，為保證高速行車的安全性、舒適性，需要路基結(jié)構(gòu)提供平穩(wěn)的軌下基礎(chǔ)。在某些深厚軟弱土地區(qū)為滿足工后沉降及高速列車的行車要求提出了埋入式樁板路基，埋入式樁板路基是一個(gè)多層次復(fù)雜結(jié)構(gòu)，樁板結(jié)構(gòu)嵌入地基并承載級(jí)配碎石層在內(nèi)的上部荷載，級(jí)配碎石層介于軌道結(jié)構(gòu)與樁板結(jié)構(gòu)之間，形成“上剛-中柔-下剛”的結(jié)構(gòu)體系。列車荷載產(chǎn)生的應(yīng)力波在向下傳遞的過程中會(huì)在軌道板與板梁間發(fā)生反射，增加了夾層結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的復(fù)雜性。因此，埋入式樁板結(jié)構(gòu)

2、路基中粗顆粒是一個(gè)軟弱夾層，考察應(yīng)力波在軟弱夾層體系的傳播特性及動(dòng)力相互作用機(jī)理十分必要。
　　本文將軌道板底座、承臺(tái)板看作彈性或粘彈性介質(zhì)，粗顆粒夾層結(jié)構(gòu)等效為Biot飽和多孔介質(zhì)，通過彈性波動(dòng)方程理論和Biot波動(dòng)理論分析，引入各波型的位移勢(shì)函數(shù)，推導(dǎo)了應(yīng)力波在彈性介質(zhì)和飽和多孔介質(zhì)中的傳播控制方程，并且根據(jù)交界面上的連續(xù)性條件，求解出了應(yīng)力波在粗顆粒夾層結(jié)構(gòu)的上下交界面的反射與透射系數(shù)。針對(duì)問題求解的復(fù)雜性，借助Matlab

3、編程構(gòu)建了相應(yīng)的計(jì)算程序，通過數(shù)值算例，分析了激振頻率、夾層厚度、入射角、滲透率對(duì)反射和透射系數(shù)的影響，探討了應(yīng)力波在夾層結(jié)構(gòu)體系中的傳播特性及能量衰減規(guī)律，提出了一些有見解的規(guī)律和結(jié)論。最后基于Comsol有限元分析特定條件下的反射與透射系數(shù)驗(yàn)證了該計(jì)算程序的正確性。本文的主要研究成果如下:
　　(1)調(diào)研了應(yīng)力波在多孔介質(zhì)中傳播的理論及方法，介紹埋式樁板結(jié)構(gòu)中粗顆粒夾層結(jié)構(gòu)的受力特性及其復(fù)雜性，指出應(yīng)力波在粗顆粒夾層結(jié)構(gòu)傳播的

4、科學(xué)問題，為本文的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)彈性貪質(zhì)中P波和SV波的波速不隨頻率變化，在粘彈性介質(zhì)中波速具有頻散特性。利用Biot飽和多孔介質(zhì)波動(dòng)理論，采用斯托克斯—亥姆霍茲分解定理求解出飽和多孔介質(zhì)中快P波、慢P波和剪切波控制方程三種耦合波并推導(dǎo)出體波的特征方程及其液固相的振幅比。通過數(shù)值算例，研究了孔隙度和頻率對(duì)飽和多孔介質(zhì)中體波傳播特性的影響，計(jì)算結(jié)果表明，由于液相的存在，不同體波的傳播特性受到顯著變化。
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5、構(gòu)建了軌道板底座—粗顆粒夾層—承臺(tái)板全頻域分析模型，求解出了飽和多孔介質(zhì)交界面上的反射與透射系數(shù)矩陣方程。通過數(shù)值算例系統(tǒng)研究了反射和透射系數(shù)的影響因素，結(jié)果表明，夾層厚度和孔隙度影響粗顆粒夾層結(jié)構(gòu)的固有頻率從而反射和透射系數(shù)呈現(xiàn)周期性變化，在高頻激振頻率下，應(yīng)力波通過夾層結(jié)構(gòu)后，能量震蕩衰減嚴(yán)重;由于夾層結(jié)構(gòu)能量的耗散，不同入射角時(shí)應(yīng)力波在交界面不存在臨界角，對(duì)波型的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生顯著影響;在夾層結(jié)構(gòu)中，能量的衰減主要由骨架結(jié)構(gòu)的耗散和流體