横观各向同性介质模型的土-结构动力相互作用

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土-结构动力相互作用问题的研究一直都是结构工程、地震工程和防灾减灾及防护工程的重要课题。目前关于土-结构动力相互作用的研究多数是基于各向同性介质的假定之上,然而土体在自然风化和沉积过程下表现出明显的各向异性,所以对于工程实践来说采用横观各向同性介质模型进行研究更加具有参考价值。本文利用间接边界元方法(IBEM)对三维层状TI弹性半空间中土-结构动力相互作用问题进行了研究。另外,为能将该课题的研究拓展到层状TI饱和半空间,本文对三维TI饱和半空间中斜面格林函数也进行了推导与相关研究。主要工作如下:1、利用以三维层状TI半空间斜面格林函数为基本解的间接边界元方法(IBEM)求解了三维半球形基础的动力刚度系数和基础位移以及上部单质点结构位移。通过与已有结果进行对照,验证了本文方法与结果的正确性。通过数值分析,得出一些结论:TI介质参数的改变对于半球形基础和上部单质点结构的动力响应有着显著的影响,考虑土体的各向异性会改变基础与上部结构的位移,这一点主要体现在位移峰值上。例如,当qP波以与水平方向夹角为60~0入射时,基础转角位移峰值增加了29.51%;上部结构转角位移峰值增加了19.85%。从而为结果更加准确可靠,应考虑土体的各向异性对土-结构相互作用的影响。2、在层状TI饱和半空间动力刚度矩阵的基础之上,推导了斜面荷载动力格林函数。并通过与已有结果进行对照,验证了该格林函数的准确性。通过数值分析,得出一些重要结论:TI饱和介质参数的改变会影响斜面荷载和孔压荷载作用下位移和应力沿深度和地表的分布情况。另外,本文对比了不同土层厚度、荷载埋置深度和介质弹性模量比所对应的地表孔压分布差异,发现荷载埋深对地表孔压的影响最大。
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