弹性地基中深源人工振动对地表振动的影响研究

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近年来,工业快速发展,城市范围不断扩大,深基础工程大量增加,与此同时,深源人工振动问题日益突出,它对人们的生产与生活产生一系列恶劣影响。本文以国家自然基金项目“饱和地基中深源人工振动问题与隔振研究”为依托,利用FLAC3D软件进行数值分析,研究弹性地基中深源人工振动所引起的地表振动问题,探讨地表振动量与土介质特性(分布、刚度、泊松比等)、震源之间的关系、下卧基岩层对地表振动量的影响,分析地表振动的关键性因素。  (1)利用FLAC3D软件建立弹性地基模型,计算了一个经典Lamb问题,通过数值解答与理论解析解答的对比,验证了FLAC3D动力分析,以及粘性人工边界的正确性。针对一个现场的振动测试建立模型,计算分析了地表的响应情况,通过同监测数据的比较,再次验证本文研究方法的有效性。  (2)在均质弹性地基中,建立带有竖向柱孔的深源人工振动模型,进行了详细参数研究。研究结果表明:振源频率变大,地表振级减小;泊松比增加,振动量呈先变大后减小的趋势,影响规律与P波和R波的波长有关;地基剪切模量变大,地表振级快速下降;柱孔深度增加,地表振动量变小;柱孔直径对地表振动影响较小;一般情况下,地表竖直方向的振动大于水平振动;竖向振动量沿径向随距离的增加而逐步衰减;水平x方向振动的振级沿远离x轴方向衰减,最大振动量位置出现在x轴附近,并且随振源频率和柱孔直径的增加而向远离振源方向变化,随泊松比和剪切模量的增加而向振源方向靠拢。基于前述计算,给出了以振动量级表达的竖向振动安全阀值。  (3)类似于均质地基,分析了层状地基中深源人工振动对地表振动的影响,主要探讨了上软下硬、上硬下软两种类型的地基。结果表明:在上软下硬地基中,随频率增加,地表振动量级先增加后减小再增大,水平振动的最大振动量位置出现的位置快速向远离振源方向转移。而在上硬下软地基中,随频率增加,地表振级逐渐增加。柱孔深度对地表振动的影响较大,随柱孔深度增加,地表振动量快速减小,上硬下软地基中,当孔底在软硬层交界面附近时,振动量出现短暂增加。柱孔直径对上硬下软地基影响较大,随直径的增加,地表振动量级先增大后急剧减小,水平最大振动量位置则逐渐向远离振源方向移动。  (4)分析了带有基岩下卧层的地基中深源人工振动对地表振动的影响。研究结果表明:地表竖向和水平向振动的振级均随频率的增加而增大;泊松比增加时,地表竖向和水平振动变化不规律;柱孔深度增加时,地表竖向振动和水平振动量级均先减小再增大;柱孔直径增加时,地表竖向和水平振动量均大幅减小。
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