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振动、移动及波动载荷作用下饱和土动力分析理论及应用研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TU452
  • 关键词:
  • 成果简介:
    项目属于土木建筑工程的岩土力学领域。 在我国经济发达的沿海沿江饱和软土地区,高层建筑、大型桥梁、高铁等重要结构物多采用桩基础。在环境振动、交通移动及地震波等载荷作用下,桩基与饱和土耦合系统会产生动力响应,所产生的动孔压甚至会导致重大工程事故。因此,对饱和土动力响应机制及桩土相互作用机理的认识,直接关系到上述结构物的安全。项目对饱和土动力分析理论及应用进行研究,建立了振动、移动及波动荷载下饱和土动力响应的基本解体系,构建了饱和土中弹性波传播模型,提出了桩土动力相互作用的分析方法,为饱和土动力分析及桩基设计提供了理论工具和技术支撑。主要发现点和创新成果如下: 1)系统构建了饱和土动力响应的基本解体系,将土动力学基本理论从单相介质突破到两相的饱和孔隙介质,揭示了孔压响应基本规律。采用积分变换及势函数解耦方法,提出层状饱和土动力分析的TRM方法,建立振动和移动荷载作用下均质和层状饱和土的解析解,被法国学者Mesgouez等评价为唯一适用于孔隙介质动力分析的三维解析解,并为饱和土中桩基动力分析奠定理论基础。 2)建立了饱和土中弹性波传播的解析和数值模型,揭示了两相介质中孔压响应的动力传播机制。基于分数导数方法,建立了饱和土中高频弹性波传播的计算模型,提出了为两种流体所饱和的土体中弹性波传播的理论模型,建立了孔隙介质中任意孔洞对弹性波散射的保角变换方法。欧洲科学院院士Manolis教授积极评价了项目成果在地质构造能源提取和回收中的重要应用价值。 3)提出了饱和土和桩基共同作用的动力学模型及求解方法,解决了动力荷载作用下桩基与饱和土相互作用过程中的孔压响应求解难题。提出了饱和土中单桩、群桩和排桩等各类桩基的积分方程解,揭示了饱和土-桩基体系在复杂土层和不同荷载条件下的作用机理与孔压响应特征,为饱和软土地区桩基动力分析与设计施工提供了有效的理论手段与分析优化工具。在国际上被公认为孔隙介质中群桩动力分析的原创性成果(加拿大工程院院士Rajapakse教授等)。 8篇代表性论文均发表在International Journal of Solids and Structures、ASCE-Joumal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering等本领域顶级期刊上,总他引351次(Google Scholar),其中SCI期刊他引207次,并被欧洲科学院院士Manolis教授等撰写的三本学术专著所引用。 项目开拓了土动力学的新方向,推动了国内外学者开展饱和土动力响应研究,项目所提出的基本解也被广泛用于验证新模型与新算法。项目解决了饱和土水土两相耦合作用下桩基传力机制研究的关键难题,被英国剑桥大学Hunt教授列为40年来桩基动力研究的代表性进展。地铁振动与地震荷载作用下桩基性能分析方法,成功应用于上海中心、上海环球金融中心等重大工程的桩基设计与施工优化。饱和土中桩基振动响应分析与设计优化,解决了世界上第一个建造在饱和软土上的自由电子激光装置(上海光源工程,重大科学试验装置)的微振分析与控制难题。获得软件著作权3项,申请发明专利10项(授权5项)。 项目曾获2014年度教育部自然科学一等奖。
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