弹性半空间中衬砌洞室对平面P波和SV波的散射(Ⅱ)——数值结果

采用一种高精度的间接边界积分方程法,给出了弹性半空间中衬砌洞室对入射平面P波和SV波散射的数值结果;同时通过参数分析,探索了入射波特性和衬砌特性对平面波散射的影响规律。计算结果表明:衬砌洞室附近波的散射与无衬砌情况相比差异显著;动力反应特征主要依赖于波入射角、入射波无量纲频率、衬砌内外材料刚度比等参数;P波和SV波入射下洞室附近地面运动的放大效应均十分明显;低频波入射下,刚性衬砌表面的动应力集中现象最为显著。     

弹性半空间中衬砌洞室对平面P波和SV波的散射(Ⅰ)——方法

采用一种高精度的间接边界积分方程法,求解了弹性半空间中任意形状衬砌洞室对入射平面P波和SV波的散射问题。在衬砌内外表面附近引入虚拟波源面,由该面上的柱面膨胀波源和剪切波源构造衬砌内外的散射波场,继而由边界条件建立方程并求解得到虚拟波源密度,总波场可由散射场和自由场的叠加而得。通过精度验证和稳定性检验,表明该方法具有极高的数值精度和数值稳定性。     

近断层场地中衬砌隧道对平面SH波的散射∗

采用间接边界单元法,求解断层场地中衬砌隧道对平面SH波的散射。首先,通过IBEM求解半空间波动问题的思路,在单层位势理论下,将虚拟荷载施加于散射体表面构造散射波场。然后根据交界面处位移连续条件和应力连续条件建立方程,进而求解得出虚拟荷载密度。半空间自由波场与散射波场通过叠加得出总波场,将得出的结果与现有的精确解进行对比,从而使本方法的计算精度得到验证。最后,通过求得的详细数值结果,讨论了半空间中断层场地和衬砌隧道对平面SH波的散射规律。数值分析结果表明:近断层场地衬砌隧道附近SH波的散射同无断层情况相比差异显著,动力反应特征主要依赖于不同断层倾角、隧道与断层距离、SH波入射角度、入射频率等参数。总体上看,SH波入射下,当衬砌隧道位于断层上盘时,断层的存在对衬砌隧道的动应力集中因子会有一定的缩小效应;当衬砌隧道位于断层下盘时,断层的存在对衬砌隧道的动应力集中因子会有放大效应,应力增幅可以达到30%。实际隧道结构动力分析宜根据实际工况考虑断层存在的影响。     

地下衬砌洞室群在平面P波多角度入射下的动应力

采用波函数展开法,给出了半空间中衬砌洞室群在平面P波多角度入射下动应力集中问题的一个级数解析解,在满足一定的精度要求下,对无穷级数进行了截断数值计算。衬砌分为刚性衬砌、无衬砌、柔性衬砌3种。计算结果表明:不同的入射角度对动应力集中系数具有重要的影响;洞室间距对动应力集中系数也有重要影响,当洞室之间距离较近时,洞室之间的相互作用对地下洞室群的动应力集中具有显著的放大作用,动应力集中系数可能达到单个洞室的2倍以上;衬砌刚度对动应力集中问题也具有显著的影响,其中,刚性衬砌的动应力集中系数最大,无衬砌次之,柔性衬砌最小。     

场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响

采用间接边界元法(IBEM),研究了平面SV波入射下场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响问题。充分利用半空间格林函数和全空间格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状半空间分解为含孔层状半无限空间域和一个环形衬砌闭合域。在半无限空间域孔洞边界和闭合域边界各单元上分别施加虚拟均布荷载,进而求得半空间和全空间域内的位移、应力格林函数,然后根据边界条件确定虚拟均布荷载密度,最后求得衬砌内表面动应力集中系数。验证了方法的正确性,并以基岩上单一土层和基岩上三层土为例,计算分析了层状弹性半空间中隧道衬砌内表面动应力集中系数。结果表明,随着基岩土层刚度比的增大,动应力集中系数峰值减小;随着土层厚度增大,动应力集中系数峰值总体上呈减小趋势;对于不同土层层序,动应力集中系数峰值明显不同。     

半空间中圆柱形夹塞物对入射平面SV波的散射解析解

采用Fourier-Bessel波函数展开法,给出了半空间中地下夹塞物对平面SV波的散射解析解。借助大圆弧面近似模拟水平地表,由连续性边界条件和自由地表条件建立方程求解。通过参数分析,讨论了夹塞物本身及入射波特性对地表位移的影响规律。研究表明:夹塞物附近地表位移放大效应显著,地表位移对入射SV波频率和角度的变化比较敏感。当埋深较深时,夹塞物的散射效应可以忽略。     

Rayleigh波在饱和半空间中凹陷地形周围的散射

饱和场地中波的传播同单相介质情况具有显著的差异。基于Biot固液两相介质理论,采用间接边界积分方程法,求解了Rayleigh波在饱和半空间中凹陷地形周围的二维散射问题。由分布在凹陷表面附近的虚拟波源构造散射波场,由边界条件确定虚拟波源的密度。总波场由自由波场和散射波场叠加而得。通过详细的参数分析,研究了入射波频率、边界渗透条件、孔隙率、凹陷形状等因素对Rayleigh波散射的影响,得出了一些有益的结论。     

SV波引起的水下输水隧洞平面地震响应研究北大核心CSCD

采用波函数展开法,给出了SV波入射引起的水下圆断面输水隧洞平面地震响应问题的解析解,并着重讨论了SV波入射时入射波传播角和地表水深对隧洞结构动力响应的影响。结果表明,当入射SV波的传播角小于临界角时,水下输水隧洞衬砌的动力响应随入射SV波传播角的增大而增大,而当SV波入射角大于临界角时,衬砌动力响应则随入射SV波传播角的增大而减小;在SV波入射时,水下输水隧洞衬砌的动力响应峰值随地表水深的增大而略有减小,但地表水深的改变对衬砌动力响应的分布影响不大。     

地下洞室断面形状对动应力峰值大小影响的统计分析北大核心CSCD

采用波函数展开法及边界离散的方法给出了任意断面形状地下洞室在平面SH波入射下动应力的一个半解析解,并对该方法的精度进行了详细的验证。利用蒙特卡罗方法随机模拟产生了30组半径变异系数为0.05的洞室断面样本,通过对该30组断面地下洞室在平面SH波入射下洞室动应力峰值的统计分析,研究了洞室断面形状对动应力峰值大小的影响。结果表明,洞室断面形状对动应力的峰值大小有显著影响,样本峰值的最大值均显著大于相应圆形洞室的解析解的峰值,样本峰值的最大值比圆形洞室解析解峰值增大60%,样本峰值的最大值的平均增大程度也可达24%;样本动应力峰值的变异系数可达洞室半径变异系数的3.5倍。     

SV波引起的水下输水隧洞平面地震响应研究

采用波函数展开法,给出了SV波入射引起的水下圆断面输水隧洞平面地震响应问题的解析解,并着重讨论了SV波入射时入射波传播角和地表水深对隧洞结构动力响应的影响。结果表明,当入射SV波的传播角小于临界角时,水下输水隧洞衬砌的动力响应随入射SV波传播角的增大而增大,而当SV波入射角大于临界角时,衬砌动力响应则随入射SV波传播角的增大而减小;在SV波入射时,水下输水隧洞衬砌的动力响应峰值随地表水深的增大而略有减小,但地表水深的改变对衬砌动力响应的分布影响不大。     

侧向辐射注浆技术引起地表隆起变形分析

侧向辐射注浆技术是用于处治现役高速公路沉降变形的新技术,可在通车条件下对高速公路进行加固。在通车条件下对高速公路进行加固需要对施工效应进行分析,确保施工过程中高速公路通车安全。根据土体中的球孔扩张理论,将侧向辐射注浆假设为半无限体多球孔扩张模型,将几何条件复杂的侧向辐射注浆简化为多球孔几何模型,并引入有限边界球孔扩张理论,建立注浆压力和扩孔半径的关系,得到了土体注浆过程存在极限注浆压力,在极限注浆压力后存在软化效应的结果;确定注浆球孔扩张压力和隆起变形的关系,最终给出了同时考虑注浆压力和注浆量两个注浆施工控制指标的地表隆起位移计算方法。结合工程实测参数,计算并对比分析了不同注浆压力、不同注浆步距对地表隆起位移的影响,给出了侧向辐射注浆施工隆起位移的计算方法,能够对注浆设计和施工提供指导作用。     

填埋场底土污染物浓度实测值和理论解的比较

为了研究现场条件下污染物在粘性土中的运移机理,对运行13年的苏州七子山填埋场进行了钻孔取样.通过对土样进行分层切片、加去离子水混合并结合室内小型离心机分离,得到了填埋场底土中Cl-,Na+及COD的孔隙水浓度.将室内试验测试值和一维扩散理论进行了比较,结果表明,实测浓度剖面与扩散曲线差别较大,可见水力梯度引起的对流和机械弥散作用比分子扩散作用来得重要.将实测值与一维对流弥散解析解的计算值亦进行了比较,结果表明试验数据较为发散,但可以采用一维对流弥散理论进行大致的拟合,从而可得到运移参数的取值范围.进一步的理论预测表明,当填埋场运行30年之后,Cl-的影响深度可达到10 m以上.为了防止和延缓渗滤液污染物的进一步运移,填埋场应采取有效措施阻止渗滤液的扩散.     

SF6气体绝缘设备的放电特性研究

采用间接边界元法,给出了层状半空间中沉积谷地对斜入射平面SV波的三维散射解答,并通过与已有结果的比较,验证了本文解答的正确性。进行数值计算,研究了斜入射角度对散射效应的影响,并以基岩上单一土层为例,讨论了基岩刚度和覆盖土层厚度对沉积谷地附近地表位移的影响。研究表明,三维散射与二维散射之间存在本质差别,不能简单地将斜入射平面SV波分解到沉积谷地横截面的面内方向,然后按平面问题进行计算;基岩与土层刚度比对沉积附近地表位移幅值有着较大的影响,但对位移幅值的空间分布影响不大;土层厚度变化不仅影响地表位移幅值的大小,还会改变地表位移幅值的空间分布。     

半圆形凸起地形对SH波的散射与地震动 --有多个浅埋圆孔情形

采用"契合"的思想,给出了地下多个孔洞与地面上的半圆形凸起地形对SH波散射问题的解答.将整个求解区域分割成两部分来处理,其一为包括半圆形凸起地形在内的一个圆形区域I,其余为区域Ⅱ.在区域Ⅰ中,构造了一个上半部边界应力为零,而其余部分位移、应力任意的驻波解;在区域Ⅱ中,构造了半圆形凹陷和浅埋圆孔的散射波,且要求它满足水平界面上应力为零的约束条件.然后再通过移动坐标,满足"公共边界"的"契合"条件和地下孔洞的边界条件,建立起求解该问题的无穷代数方程组.最后,给出了分析例题和数值结果,并对地表位移幅值进行了讨论.     

点源激振下地表竖向位移的近-远场分界线

在竖向点源作用下 ,地基表面的竖向振动随着源距的增大而衰减 ;但因在近振源区域受体波 (P波、S波 )影响大而在较远处受表面波 (R波 )控制 ,近、远场地表振动的定量衰减规律存在着较大的差异 ,可靠地确定近—远场的分界线便具有重要的学术和应用价值。本文在综述既有研究成果的基础上 ,通过比较Lamb问题的精确解和瑞利近似解 ,较为系统地对这一问题进行了分析 ,结果表明 :由地表竖向位移振幅确定的近—远场分界线较由其相位确定的为远 ,前者源距将随地基泊松比的升高和容许误差的减小而增大且目前的常见取值明显偏小 ,后者与地基泊松比的变化几乎无关。之所以分界线源距随地基泊松比升高而增大 ,主要是由于此时的P波波长增大的影响比S波和R波波长增大的影响要大而造成的。     

Application of Light Reflection Visualization for Measuring Organic-Liquid Saturation for Two-Phase Systems in Two-Dimensional Flow Cells

Abstract A simple, noninvasive imaging technique was used to obtain in situ measurements of organic-liquid saturation in a two-phase system under dynamic conditions. Efficacy of the light reflection visualization (LRV) imaging method was tested through comparison of measured and known volumes of organic liquid for experiments conducted with a two-dimensional flow cell. Two sets of experiments were conducted, with source-zone configurations representing two archetypical residual-and-pool architectures. LRV measurements were collected during the injection of organic liquid and during a dissolution phase induced by water flushing. There was a strong correlation between measured and known organic-liquid volumes, with the LRV-measured values generally somewhat lower than the known volumes. Errors were greater for the system wherein organic liquid was present in multiple zones comprised of porous media of different permeabilities, and for conditions of multiphase flow. This method proved effective at determinin...     

非均质地层中压力集中型预应力锚索受力分析研究

实际锚固工程中锚固体往往处于非均质地层中,通过将锚固体处理为一系列与地层条件相匹配的锚固子单元,建立了各锚固子单元的受力分析模型,利用各锚固子单元之间的相互作用关系建立了非均质地层中压力集中型预应力锚索锚固体受力分析方法,编写了相应的计算分析程序,并进一步通过算例证明了本文所提出的计算方法和程序的正确性。最后,通过对一压力集中型预应力锚索的受力分析成果与现场测试结果的对比,表明本文提出的分析方法和程序是可行的。