路面體系分析的多相層合彈性半空間理論.pdf

1、荷載作用下路面體系三維彈性力學(xué)分析研究,是巖土力學(xué)和固體力學(xué)重要研究?jī)?nèi)容。論文應(yīng)用半解析方法來(lái)研究荷載作用下路面體系三維靜動(dòng)力特性,地基的模式包括單相彈性半空間體和兩相飽和彈性半空間體,路面的模式包括薄板模式和三維彈性體模式,荷載從靜荷載到振動(dòng)固定荷載再到移動(dòng)荷載。理論上，基于半解析方法,建立一套完整的荷載作用下路面體系的靜動(dòng)力特性的理論體系。數(shù)值計(jì)算方面,開(kāi)發(fā)了統(tǒng)一的求解路面體系靜動(dòng)力特性的應(yīng)用程序。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴

2、采用傳統(tǒng)的薄板理論和半解析單元法,研究了基于單相彈性半空間地基模型的路面體系的靜動(dòng)力相互作用問(wèn)題,提出了路面板與單相彈性半空間地基的半解析函數(shù),建立了基本算式。利用數(shù)值計(jì)算全面分析了板的靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)與地基參數(shù)、板參數(shù)和荷載的關(guān)系。⑵采用三維彈性體模型模擬剛性路面板,建立路面體系的力學(xué)模型:三維層狀彈性半空間體。提出單相彈性介質(zhì)和兩相飽和彈性介質(zhì)的半解析位移函數(shù),應(yīng)用加權(quán)殘數(shù)法系統(tǒng)地建立了路面體系三維靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)的半解析理論,最后通過(guò)算例計(jì)算

3、荷載作用下基于彈性半空間體上無(wú)限大路面板、有限大路面板的三維響應(yīng),分析了荷載對(duì)各向同性混凝土路面板和正交各向異性配筋混凝土路面板的三維靜態(tài)響應(yīng)的影響,研究路面板表面的豎向位移、縱向位移、橫向位移的變化規(guī)律以及板下路基的位移沿深度的分布規(guī)律。⑶在單相介質(zhì)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了基于單相彈性半空間地基模型的路面體系在移動(dòng)坐標(biāo)下的動(dòng)力控制方程和邊界條件。將移動(dòng)單元法引入到單相介質(zhì)的半解析法中,構(gòu)造隨荷載按相同速度運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)層單元,基于移動(dòng)坐標(biāo)下路

4、面體系的動(dòng)力控制方程和邊界條件,得到了移動(dòng)層單元內(nèi)部殘數(shù)矩陣和邊界殘數(shù)矩陣,應(yīng)用加權(quán)殘數(shù)法建立了在移動(dòng)荷載下基于單相彈性半空間地基模型的路面體系三維動(dòng)態(tài)響應(yīng)半解析動(dòng)力方程,用以解決移動(dòng)荷載作用下路面體系的三維彈性力學(xué)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過(guò)算例分析了勻速移動(dòng)荷載和簡(jiǎn)諧移動(dòng)荷載作用下考慮阻尼和不考慮阻尼情況下彈性半空間地基的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題,全面分析了荷載運(yùn)動(dòng)速度、頻率以及地基土介質(zhì)的阻尼等參數(shù)對(duì)豎向位移、縱向位移、橫向位移在空間的分布及最大值的影響。

5、⑷在兩相飽和土介質(zhì)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了基于兩相飽和彈性半空間地基的路面體系在移動(dòng)坐標(biāo)下的動(dòng)力控制方程和邊界條件。將移動(dòng)單元法引入到兩相介質(zhì)的半解析法中,構(gòu)造隨荷載按相同速度運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)層單元,基于移動(dòng)坐標(biāo)下路面體系的動(dòng)力控制方程和邊界條件,得到了內(nèi)部殘數(shù)矩陣和邊界殘數(shù)矩陣,應(yīng)用加權(quán)殘數(shù)法建立了在移動(dòng)荷載下基于兩相飽和彈性地基模型的路面體系三維動(dòng)態(tài)響應(yīng)解,用以解決移動(dòng)荷載作用下基于飽和彈性半空間地基模式的路面體系的三維彈性力學(xué)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過(guò)

6、算例分析了移動(dòng)荷載作用下飽和彈性半空間地基-彈性地基-路面板系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),研究了在不同速度下路面板響應(yīng)的空間分布和飽和彈性半空間體內(nèi)的孔隙水壓力沿深度的分布情況,同時(shí)分析了彈性地基層厚和飽和土的滲透系數(shù)對(duì)路面板動(dòng)態(tài)響應(yīng)和飽和土層的孔隙水壓力的影響。⑸統(tǒng)一的路面體系三維彈性力學(xué)靜動(dòng)力半解析理論的形成和程序開(kāi)發(fā)。
　　本研究應(yīng)用半解析方法來(lái)研究荷載作用下路面體系三維靜動(dòng)力特性,地基土的介質(zhì)包括單相彈性介質(zhì)和兩相飽和彈性介質(zhì),路面板的

7、模式包括薄板模式和三維彈性體模式,荷載從靜到振動(dòng)固定荷載再到移動(dòng)荷載,所以本文研究的問(wèn)題是全面的。通過(guò)分析比較本文研究的三個(gè)問(wèn)題,即路面體系的三維靜態(tài)響應(yīng)、路面體系的三維動(dòng)態(tài)響應(yīng)、移動(dòng)荷載作用下路面體系的動(dòng)態(tài)響應(yīng),可以看出,動(dòng)態(tài)的可以轉(zhuǎn)化為靜態(tài)的,移動(dòng)的可以轉(zhuǎn)化為靜態(tài),三者是統(tǒng)一的;通過(guò)分析比較本文研究的兩類問(wèn)題,基于單相彈性地基模型的路面體系和兩相飽和彈性地基模型的路面體系的特性研究,可以看出,兩相介質(zhì)可以轉(zhuǎn)化為單相介質(zhì),二者是統(tǒng)一的

8、;路面板按三維彈性體處理,既解決了路面板與地基土介質(zhì)之間的相互作用和連接條件,同時(shí)建立了路面體系的統(tǒng)一的三維彈性介質(zhì)理論?；诖诵纬闪私y(tǒng)一的、全面的路面體系研究理論,在統(tǒng)一的路面體系研究理論的基礎(chǔ)上，編制了計(jì)算程序可以系統(tǒng)地進(jìn)行路面體系的分析和計(jì)算。本文從理論和計(jì)算上解決目前在該領(lǐng)域存在的問(wèn)題,為路面體系的研究提供了新的理論和方法,發(fā)展和完善了路面理論和應(yīng)用體系。為道路、橋梁、交通工程等相關(guān)領(lǐng)域的分析設(shè)計(jì)、施工安全、破壞機(jī)理研究提供了可