城市中的主要振动来源包括铁路和公路交通、施工活动（如打桩、地基压实、岩石爆破和建设运输）及工业设备（即机械锻造锤）。截至目前,已经开展了大量研究用于了解不同振动源所产生的具有不同特征振动波的传播过程。施工活动所引起的振动持续时间与振幅往往是由施工设备以及预期施工效果所共同决定的。例如,由爆破所引起的振动具有较高的振幅以及相对较短的持续时间,但由分级加载所引起的振动则相反。此外,根据振动类型可以将振源大致分为如下几类:连续振动（由挖掘、压实、车辆交通、振动打桩等所引起）、单次冲击或低速率冲击振动（由冲击打桩和爆破所引起）以及高速率往复冲击振动（由千斤顶和路面夯实设备所引起）。所有振源均以不同的方式产生场地内的振动波。大多数现代制造设施都以生产机械的形式在精密切割设备旁配备有重锤或压力机。承受重锤和压力机的地基会受到显著的动力影响,这种影响会进一步延伸至周围环境,甚至影响到工人施工、附近其他设备运作和邻近居民生活。在振源或需要保护区域附近设置隔振屏障,通过反射或散射波能的方式来耗散振动能量。隔振屏障主要包括板桩、开口式或填充式混凝土、膨润土浆液或土工泡沫沟槽等结构,且目前已经得到了较为充分的研究。然而,相关研究主要涉及离心式和往复式机器振动的隔振分析,荷载往往被视作一种高频低幅的简谐振动。此外,对于持续动力荷载下浅、深（桩）基础动力响应的认识仍有不足。因此,本研究旨在解决一系列具有显著工程特征的实际问题。首先,现有研究文献尚没有厘清开口式沟槽对运行机器（机器基础为浅基础时）所产生的瞬态或冲击荷载的隔振效率。此外需要注意的是,目前关于填充（轮胎类衍生物（TDA）和橡胶-砂混合物（RSM））隔振屏障的研究并不多见。同时,关于开口式沟槽对桩基瞬态荷载作用下的隔振性能评估工作开展很少,且迄今为止尚没有谐和荷载与瞬态荷载条件下使用沟槽进行隔振的对比分析。其次,动力锤击设备会在地基的不同部位引起有害振动,导致过大的动力沉降以及地面振动问题。与传统基础相比,锻造锤的基础设计往往更为复杂,因为其同时包含了动态与静态载荷。静载荷试验（SLT）一般用于获得地基的极限承载力,但是该方法并不能可靠的预测机器基础的实际响应。尽管近年来制造业中越来越多地采用动力锤击机器,但是对于重复动态载荷对机器基础的影响却鲜有研究。因此,需要充分分析机器基础在静态和重复动态载荷作用下的表现,以期实现机器设备更高的稳定性和可使用性。最后,发生地震时桩基往往呈水平运动。考虑到上部结构的相互作用影响,由于地震期间剪切波垂直传播使得结构发生摇摆进而导致垂直轴向运动,因此对桩基动力响应的准确预测变得更具挑战性。现有研究主要针对桩-土系统的横向响应,而很少关注桩身在动力荷载作用下的轴向响应。因此,迫切需要对地震活动区域桩基的轴向动力响应进行研究。基于上述不足,本文主要研究了采用开口式和填充式（TDA和RSM）隔振屏障来减少瞬态或冲击载荷所引起振动的可行性,并分析了浅基础和桩基在动力载荷作用下的响应。本文的主要工作和创新点总结如下:1.通过二维（2D）有限元模拟（FEM）对采用开口式和填充式（TDA和RSM）隔振屏障减少瞬态或冲击载荷（在浅基础中）所引起振动的可行性进行研究。并开展了参数分析以评估不同沟槽参数的影响,例如沟槽的深度、宽度以及振源到隔振屏障的距离。此外,还对多沟槽隔振系统进行了模拟并对其性能表现予以评价。在所有沟槽类型中,开口式沟槽表现出了优越的性能。此外,与传统填充土-膨润土和混凝土的隔振屏障相比,TDA和RSM隔振屏障表现出更好的能量吸收能力,有助于高效隔离振源振动。其中,由100%橡胶填充的隔振屏障,即TDA,展现出与开口式沟槽一样可靠的减振效果（效率值相差不到10%）。然而,RSM 30和RSM 70的隔振表现则弱于TDA屏障。对单一屏障而言,随着沟槽深度的增加以及填充材料刚度的减小,屏障隔振性能均有所提高。然而,若归一化沟槽深度（D）超过1.50,继续增加沟槽深度则对平均振幅降低率(Aavg)的影响很小。因此,归一化沟槽深度1.50可以被视作隔振屏障深度的上限值。同时,沟槽宽度对于减少场地振动的影响可以忽略不计,而沟槽与振源间距对屏障性能的影响则主要取决于沟槽深度。因此,建议在设计隔振屏障时,考虑沟槽深度相对于归一化振源—屏障间距（L）的影响。此外,采用多沟槽有助于有效隔离振动,并且被认为是隔离瞬时载荷所引起振动的优选方案。结果表明,两种类型的多沟槽（开口式和填充式）形式均比单一沟槽的振动隔离效果更好。所获得的研究结果可以帮助设计人员和从业人员有效地设计以及分析瞬态荷载作用下的开口式、TDA和RSM填充式隔振屏障。2.通过高应变动态载荷测试（DLT）对动力锤击机器基础的静态和动态阻力进行校验。研究了不同载荷试验顺序和重复动载荷对机器基础承载力的影响。此外,还对机器基础的静阻力、路基反力模量和刚度进行了分析。通过现场试验和对称式非线性有限元分析,对应力—沉降曲线（SSC）进行了评价。在DLT测试过程中,利用卸载点法（UPM）基于测得的浅基础加速度和竖向力响应来获取相应的静态应力—沉降曲线（SSC）,其与通过SLT测试所获得的SSC曲线吻合良好。这一结果验证了DLT测试对机器基础的适用性。此外,数值模拟结果也与现场的SLT和DLT测试结果基本一致,这也验证了二维轴对称有限元数值模型的正确性。试验和数值模拟结果表明,在一定的振捣次数内时,通过DLT测得的静阻力会逐渐上升,最后在一定的振捣能量下保持稳定。通过SLTs测得的静阻力比初次通过DLT测试获得的静阻力高出3-4%,而相较于第二次通过DLT测试得到的静阻力则减少了8-9%。在最初的振捣过程中,观察到机器基础有明显的残余塑性变形,但在随后的振捣过程中会逐渐减小,直至最后消失。记录了初始振捣（1-5次）过程中地基的塑性变形。当锤击次数达到20次时,机器基础的塑性变形已经基本消失,此时只发生弹性变形。此外,由于进行重复DLT测试,地基深部的土体也会被压实,从而导致其密度增加。因此,建议在规划机械基础时,需要考虑动载反复施加造成的影响,以确保高效和经济的基础设计。试验与数值模拟的研究发现将有助于为动力锤击机器提供更为可靠的基础。3.通过有限元法研究了开口式沟槽在减轻由于桩基承受瞬态或冲击载荷引起振动方面的表现。评估了不同沟槽和桩基参数对隔振效果的影响。此外,还使用振动敏感度评估了开口式沟槽在减少各式结构的非安全距离方面的功效。采用开口式沟槽可极大的减少施加在桩基的瞬时荷载所引起的地面振动。此外,各沟槽深度情形下,周围结构和振动源之间的非安全距离都的得到改善。增加沟槽的深度（同时保持桩长和桩半径不变）,将会显著降低地面振动。无论是否开挖沟槽,桩长的增加都对地面振动均有很大影响。在未开挖沟槽的情形下,桩长的增加可显著降低地面振动;然而,当h≥15 m时,距离桩12.5 m范围内地面振动的减少不明显。在开挖沟槽的情形下,地面振动随着桩长的增加而逐渐加剧,直到h=15 m。当h＞15 m,地面振动逐渐减弱。此外,在所有情形下（无论屏障是否存在）,地表的振动随着桩半径的增加而提升。因此,采用小直径桩也可被视为改善减震效果的方法之一。增加荷载振幅对沟槽的Ar、Aavg和Ef等参数的影响可以忽略不计。此外,随着加载持续时间的增加,屏障的Ar和Aavg值随之增加,而Ef值则下降。土体泊松比的增加导致了地面振动略微降低,因此,可以认为土体泊松比对减振效果没有影响。研究得到的结果有助于更深入地了解开口式沟槽在桩基受瞬态或冲击载荷时的隔振效率,并可在设计和施工过程中提供指导。4.当桩基作为振动源时,比较分析了在谐和荷载和瞬态荷载作用下沟槽的隔振效率。同时,还研究了桩长、桩半径、谐和荷载幅值以及荷载频率对隔振效果的影响。当没有屏障时,在谐和荷载作用下,桩长增加（h≤15 m）会减弱地面振动,当h＞15 m时,则会得到相反的趋势;当桩长h＞15 m时,瞬态荷载作用下也会出现类似的地面振动下降的趋势。总的来说,与瞬态荷载相比,在相同桩长条件下,谐和荷载下作用时,震源附近相同位置处质点振动的峰值速度（PPV）值会更大。h≤15 m,且沟槽存在时,桩长的增加会引起更显著的地面振动,当h＞15 m时,则出现相反的趋势。此外,当h≤15 m和h＞15 m时,开口式沟槽的效率（Ef）分别呈现上升和下降趋势。此外,当没有屏障时,在谐和荷载作用下,桩半径的增加可降低地面振动,但减少量并不太大。而在瞬态荷载作用下,该趋势恰好相反,地面振动随着桩半径的增加而逐渐上升。当存在沟槽时,在谐和荷载和瞬态荷载作用下,屏障后方地表的振动显示出几乎相同的趋势。此外,在瞬态荷载作用下,Ef随着桩半径r的增加而略有下降。与瞬态荷载相反,在谐和荷载作用下,Ef随着桩半径r的增加而明显下降。此外,随着谐和荷载幅值F的增加,地表振动也会增加。在谐和荷载和瞬态荷载下,F的变化对于减振屏障的Ar,Aavg,Ef影响均较小。此外,谐和荷载的频率（f）对地面振动的影响较大,随着加载频率的上升（f≤20 Hz）,可以观察到地面振动的增加（在没有沟槽的情形下）。尽管如此,当f＞20 Hz时,PPV开始下降。而在有沟槽的情况下,地表振动的PPV随着加载频率f的增加而下降。总而言之,在谐和荷载和瞬态荷载的情形下,振动的传播和衰减趋势是不同的。因此,为了防止沟槽屏障失效,建议在设计屏障时,应考虑荷载类型（如谐和荷载和瞬态荷载）的影响。研究获得的结果可以更深入地了解谐和荷载和瞬态荷载下的沟槽隔振性能表现。5.开展了一系列大比尺1-g模型试验以指导砂土及黏土中桩基的高效设计。开展了DLT和SLT测试以对比评估桩基的刚度和承载力,并研究了加载速率、加载顺序以及循环效应等对试验结果的影响。此外,还进一步分析了了桩身轴力、侧摩阻力和沿桩身的速度响应分布。随着静载和动载增加,桩顶的累积沉降量缓慢上升。相同的荷载下,粘土中的桩顶沉降量超过砂土中桩顶沉降量。根据Davisson偏移极限法,砂土中桩的动承载力高出静承载力30-40%,粘土中桩的动承载力高出静承载力60-80%。由于加载次序的不同,桩基承载力也会发生显著的提升或弱化。在砂土条件下,由第一次DLT测试得到的桩动承载力比第二次DLT测试得到的动承载力小45%;而在粘土的条件下,由第一次DLT测试得到的桩动承载力比第二次DLT测试得到的动承载力约提升了20%。结果表明,不同的加载试验顺序对桩的动承载力有较大影响。在砂土中,当桩的沉降比约为1%时,由DLT和SLT测试得到的的归一化正切刚度(Ka,n)分别下降到约35%和55%。然而,在相同的沉降比下,在粘土中,通过DLT和SLT测试获得的的Ka,n分别则下降到40%和80%。这一观察结果表明,相较于在砂土中,在粘土中桩Ka,n的骤降更加明显,特别是在SLT测试中。此外,当桩受到动载时,桩身的轴向力将在更深处呈非线性地减少。然而,在粘土中桩身轴力衰减相较于在砂土中更快。随着动载循环次数的增加,桩身的轴向力也逐渐增加。在砂土中,桩身的单位面积侧壁摩阻力随着锤击次数的增加也逐渐增加;然而,在粘土中,该趋势正好相反,在较高的锤击次数下桩身单位面积侧壁摩阻力没有持续增加。值得注意的是,在砂土和粘土中,桩的上段几乎在每次测试中都表现出比下段更高的侧壁摩阻力。此外,在砂土中,在类似的动载振幅下,桩的归一化速度（vn）随着振捣次数的增加而逐渐下降,而在粘土中,每次振捣下的vn几乎相同。试验研究结论将有助于在地震荷载作用下不同场地土中桩基础的高效、经济和有效设计。本研究的主要创新点如下:1.提出了在瞬时和谐和载荷情形下减少地面振动的沟槽屏障和地基设计的优选方案。2.通过高应变动载试验（DLT）得到浅基础的实际动态响应,并提出了高效经济的基础设计建议。3.分析了在地震荷载作用下,粘土和砂土中桩基础的轴向响应。研究结果可用于进一步为地震活跃区桩基础的设计提供指导。此外,本研究的结果对于分析开口式和填充式沟槽在减少不同类型的振源和基础形式条件下地面振动的适用性至关重要。本研究还深入分析了部分领域,以加强对浅基础和桩基在静载和多次重复荷载下的静态和动态响应的理解。然而,由于时间和资源的限制,本研究中尚有诸多因素值得进一步探讨,未来展望如下:1.目前基于有限元法研究振动屏障效率的过程中,桩周土均假设为均质土。因此,后续研究中可以考虑分层土情形,以进一步了解土层分布对沟槽屏蔽性能的影响。填充材料可显著影响沟槽的屏蔽效率,后续可对创新的复合材料的屏蔽效率进行数值和试验研究。此外,地下水位的季节性变化会显著影响地面的动态响应和防波堤的工作性能。因此,研究地下水位对瞬态荷载条件下波浪屏障效率的影响具有显著的工程意义。2.应进一步研究土体参数的影响,如密度、弹性模量、粘聚力、泊松比、剪胀角、内摩擦角和孔隙水压力对浅基础动力响应的影响。此外,也可以采用更先进的土模型（硬化土模型（HS模型）和小应变刚度硬化土模型（HSS模型））开展进一步研究,以提高现有结果的准确性。3.目前仅对单向循环荷载下桩基的动力响应展开试验研究（例如,单向压缩加载,如DLT测试）。因此,建议后续可采用双向循环荷载试验（例如,压缩和拉伸试验,如SLT测试）进行进一步研究。