移動(dòng)荷載作用下正交各向異性地基動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、在高速公路等交通道路建設(shè)中，路基、路面變形與穩(wěn)定性的控制業(yè)已成為工程質(zhì)量控制的主要技術(shù)難題。準(zhǔn)確地掌握移動(dòng)荷載作用下土體的動(dòng)力特性以及路基、路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)對(duì)于交通工程、土木工程及地震工程等工程領(lǐng)域具有重要的理論意義和很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文采用正交各向異性彈性半空間模型、以位移分量為基本未知量，在直角坐標(biāo)系下，針對(duì)移動(dòng)荷載作用時(shí)正交各向異性地基的二維和三維動(dòng)力響應(yīng)及正交各向異性地基-路面（板）的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究;建

2、立了移動(dòng)荷載作用下層狀正交各向異性地基平面應(yīng)變問(wèn)題計(jì)算模型，應(yīng)用傳遞矩陣方法，研究了直角坐標(biāo)系下層狀地基在任意深度處的平面應(yīng)變問(wèn)題動(dòng)力響應(yīng)。主要工作和研究成果如下:
　　(1)建立了任意形式表面動(dòng)荷載作用下正交各向異性地基平面應(yīng)變問(wèn)題力學(xué)分析模型、推導(dǎo)了直角坐標(biāo)系下正交各向異性地基平面應(yīng)變問(wèn)題的動(dòng)力偏微分方程;結(jié)合初始條件、邊界條件，采用Laplace-Fourier變換和逆變換方法，得到了正交各向異性地基任一點(diǎn)在任何時(shí)刻的動(dòng)力響

3、應(yīng)的積分形式解;編制了計(jì)算程序，退化驗(yàn)證了積分解的正確性，算例結(jié)果表明:考慮土體的正交各向異性更能準(zhǔn)確地描述地基的動(dòng)力特性。
　　(2)建立了正交各向異性地基三維動(dòng)力問(wèn)題的力學(xué)模型，將車輛荷載函數(shù)通過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為若干個(gè)簡(jiǎn)諧荷載之和，引入移動(dòng)坐標(biāo)系，推導(dǎo)了移動(dòng)諧振荷載作用下正交各向異性地基三維振動(dòng)方程。結(jié)合初始條件、邊界條件，采用雙重Fourier變換和逆變換方法，求得了空間問(wèn)題的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)積分形式解，并通過(guò)算例探究了土體參數(shù)

4、和荷載參數(shù)的變化對(duì)地基振動(dòng)傳播的影響規(guī)律。結(jié)果表明:荷載移動(dòng)速度對(duì)地基動(dòng)力響應(yīng)的影響較為復(fù)雜，需劃分不同的速度區(qū)間來(lái)討論;荷載諧振頻率越大，土體表面豎向位移和深度1m處的豎向正應(yīng)力越小;荷載中心點(diǎn)處的豎向正應(yīng)力值隨深度的增加而銳減。
　　(3)基于Kirchhoff薄板理論和彈性動(dòng)力學(xué)理論，采用Kirchhoff小變形無(wú)限大彈性薄板來(lái)模擬路面，正交各向異性彈性半空間來(lái)模擬路面以下的土體，建立了移動(dòng)諧振荷載作用下正交各向異性地基上覆

5、無(wú)限大彈性板的路基路面平面應(yīng)變問(wèn)題力學(xué)模型，推導(dǎo)了三維空間力學(xué)模型和動(dòng)力微分方程。引入移動(dòng)坐標(biāo)系，采用坐標(biāo)變換、Fourier變換和逆變換方法，結(jié)合初始條件、邊界條件和應(yīng)力變形協(xié)調(diào)條件，求得了移動(dòng)諧振荷載作用下無(wú)限大板的撓度和薄板與地基之間的接觸應(yīng)力等動(dòng)力響應(yīng)的積分形式解。通過(guò)算例分析、研究了土體參數(shù)、板參數(shù)、荷載參數(shù)對(duì)路基路面動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:考慮土體的正交各向異性能更準(zhǔn)確描述路基路面相互作用的動(dòng)力響應(yīng);增大板彈性模量或板

6、厚是減小板變形、接觸應(yīng)力的較佳措施;在混凝土密度范圍內(nèi)，沒(méi)有必要對(duì)板的密度進(jìn)行精確測(cè)量;需劃分不同的速度區(qū)間來(lái)討論荷載移動(dòng)速度對(duì)路基路面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律;隨著荷載諧振頻率的增大，板位移最大值減小，接觸應(yīng)力最大值增大。
　　(4)基于移動(dòng)諧振荷載作用下單層正交各向異性地基的平面應(yīng)變問(wèn)題的動(dòng)力方程，引入狀態(tài)向量，通過(guò)Fourier變換，推導(dǎo)了單層正交各向異性地基的傳遞矩陣;建立直角坐標(biāo)系下層狀正交各向異性地基平面應(yīng)變問(wèn)題計(jì)算模型，