饱和半空间中衬砌隧道对弹性波的散射及内源问题

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1、分类号：学号：12102085213202_天减處大擎TIANJINCHENGJIANUNIVERSITY硕士学位论文(申请工程硕士学位）工程领域：建筑与土木工程作者姓名：琚鑫校内指导教师：刘中宪副教授企业指导教师：郑永田高工2015年06月19日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津城建大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：1签字日期

2、：WJr年<月J口日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津城建大学有关保留、使用学位论文的规定。恃捋权天津城建大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：秦导师签名:签字日期：年《月>签字日期:年6月>饱和半空间中衬砌隧道对弹性波的散射及内源问题ScatteringofElasticWavesandtheProblemofInternalSourcebyaTunnelEmbeddedinSat

3、uratedPoroelasticHalf-Space领域：建筑与土木工程研究生：琚鑫指导教师：刘中宪（副教授）企业导师：郑永田（高工）天津城建大学土木工程学院二零一五年六月摘要当今中国经济蓬勃发展，城市交通运输网络立体化不断完善。地铁已然成为了人们赖以出行的交通工具。因此，研究饱和土体中衬砌隧道对平面P、SV波的散射以及衬砌隧道在内部爆炸荷载作用下的瞬态反应对工程抗震、抗爆以及防灾减灾具有非常重要的理论和现实意义。（一）基于Biot两相介质理论，本文首先采用一种高精度的间接边界积分方程法研究了饱和半空间中衬砌隧道对弹性波（P1波和SV波）的散射问题，并给出了不同参数下地表位移幅值

4、、衬砌动应力集中因子及表面孔隙水压分布图和相应的频谱结果。数值分析表明：饱和半空间衬砌隧道对P、SV波的散射特征取决于围岩介质孔隙率、入射波的频率和角度、隧道埋深等因素；隧道外壁透水状态对地表位移和隧道应力影响不大；隧道上方地表位移幅值放大程度随孔隙率增大逐渐减小；随着入射频率的增加动应力分布更加复杂，出现多个峰值区域；对倾斜入射情况，隧道应力集中更为明显；随埋深增大，地表位移幅值和衬砌表面动应力谱振荡更为剧烈，但幅值会有所降低。另外，按波速比等效的单相介质模型可以近似计算平面波入射下隧道-饱和围岩的位移场和应力场。（二）本文研究饱和半空间中弹性衬砌在内部爆炸荷载作用下的瞬态动力反

5、应。通过算例给出了爆炸荷载作用下地表位移、衬砌动应力、围岩径向位移和孔压的时程响应结果，并对比分析了饱和半空间和全空间场地时程响应的区别。研究表明：透水和不透水条件对爆炸荷载的时程响应影响很小；随着孔隙率的增加，饱和场地受到的爆炸影响减小，衬砌受到的爆炸影响增大；随衬砌埋深的增加地表位移峰值减小，即覆土层越厚则地表受到的爆炸影响越小；爆炸荷载作用初期全空间衬砌和半空间衬砌的爆炸时程响应均相同，之后埋深较小的衬砌中上部点位明显受到地表反射波动的影响，使得动应力幅值、围岩径向位移相比全空间曲线出现大幅度增加。关键词：饱和半空间衬砌隧道弹性波散射爆炸荷载傅立叶变换ABSTRACTWith

6、therapideconomicdevelopmentinChinatoday,theurbantransportationnetworkgetgreatimprovedcontinuouslysothatmanyofpeopletraveloutdependonthemetro.Therefore,thestudyofscatteringofplanePandSVwavesandthetransientresponseofinternalsourcebyatunnelembeddedinsaturatedporoelastichalf-spacehasaveryimportant

7、theoreticalandpracticalsignificanceabouttheengineeringofearthquakeandantiknockaswellasdisasterpreventionandmitigationengineering.BasedonBiot’stheoryoftwo-phasemedium,ahigh-precisionindirectboundaryintegralequationmethodisproposedtosolve