饱和孔隙介质时域排水动力反应的边界元计算与应用

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饱和土的排水动力响应问题一直是土动力学的研究热点之一。在工程中,许多实际问题也都与之密切相关,比如说地震反应分析、桩基动力特性以及饱和土体-结构动力相互作用问题等等。对于这类问题的求解,边界元法有着显著的优势;因此,饱和孔隙介质排水反应的边界元法相关研究有着重要理论与工程意义。本文首先在导师提出的孔弹性动力学iu?p形式基本解Green函数基础上,利用Biot有关两相饱和介质本构基本理论以及广义Darcy定律推导出频域与时域的应力与流量Green函数,并对相关参数的物理意义与取值作了解释与论证。其次,在前人研究的基础上,利用上述Green函数分别推导建立孔弹性动力学第一类边值问题和第二类边值问题的时域边界积分方程,并针对性地引入排水以及不排水状态相应的边界条件。接着,由相关数值处理方法得到时域边界积分方程的离散化表达时,并利用BEM(边界元法)和无量纲材料参数进行了具体的数值算例分析,相关的位移、孔压以及流量的数值结果以图表形式给出。在具体的BEM实施过程中,基于作者导师提出的饱和孔隙介质快、慢纵波解耦理论,论证了孔弹性动力学时域基本解Green函数与弹性动力学时域基本解答在Stokes状态下形式具有一致性,从而借鉴弹性动力学BEM中强、弱奇异性处理方法解决了孔弹性动力学BEM中的奇异性问题。最后,利用本文所提出的时域边界元法计算所得到的结果,结合已有的强震记录以及Duhamel积分原理,对地震动作用下饱和土的排水动力反应进行了相关计算分析。
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