非饱和弹性半空间地基的动力问题半解析单元法研究

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非饱和弹性半空间地基的动力问题一直以来受到学术界和工程界的广泛关注涉及力学、数学以及岩土工程等多个学科,对于弹性力学发展有着学术价值,对于建筑工程,道路工程的发展有着广泛的应用价值。以往研究多以各向弹性地基模型和饱和土地基模型为主,但是,非饱和土在实际工程中更为常见,因此非饱和土弹性半空间的稳态响应问题是不可回避的。而且,半解析方法综合了数值法与解析法的优势,简化了计算的繁琐程度,随着半解析函数项数的增加,得到的结论更好的满足要求。本文基于半解析方法,建立了解决非饱和弹性半空间地基的动力问题的理论体系,应用Matlab软件自编程序数值计算分析了非饱和弹性地基的动力特性,具体内容为:(1)本文基于前人提出的非饱和土体以及渗流基本方程推导了非饱和多孔介质的动力控制方程,明确了各项参数的物理意义,建立了非饱和弹性半空间地基的力学模型和边界条件,推导了非饱和半空间地基自由振动以及非饱和弹性半空间地基的稳态响应控制方程。(2)应用半解析单元法研究非饱和弹性半空间地基的自由振动。基于非饱和土的自由振动动力控制方程以及非饱和弹性半空间的边界条件,选择适合的位移模式,建立地基层单元的半解析函数,应用加权残数法得到非饱和弹性半空间地基的动力响应半解析方程,分析其固有频率以及自振特性。(3)利用简谐荷载作用下的非饱和半空间地基的控制方程,应用半解析单元法研究,应用加权残数法得到非饱和弹性半空间地基的稳态响应半解析方程,建立非饱和弹性半空间地基稳态响应的半解析理论。(4)采用Matlab软件自编程序,数值计算了竖向稳态荷载作用下该非饱和地基水平位移和竖向位移幅值,数值分析了饱和度、地基深度、频率等参数对于孔压、挠度幅值的影响。应用本文方法研究了非饱和弹性半空间地基的自由振动和稳态响应,得到研究复杂介质地基动力特性的一种可行的方法。
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