基于储液多孔隔振屏障的地基振动控制研究

The vibration influence of urban transportation and manufacturing production on the surrounding environment and countermeasures is one of the important subjects in the field of soil dynamics. A new system of WIB (Wave Impedance Block) isolate vibration with fluid-saturated porous material is proposed. Based on the elasticity theory and Biot's porous media model, the dynamic characteristics of fluid-saturated porous material plate, shell structure (including the elastic wave dispersion, attenuation and the cut-off frequency) as well as isolation barrier for isolating vibration control system are systematically investigated. By the methods of theoretical analysis, numerical simulation and the model test , the vibration source type, porous material isolation barrier depth, solid phase material properties, porosity, pore fluid properties and initial fluid pressure and other parameters to the active vibration isolation and passive vibration isolation performance are detailed studied, and the work mechanism of reservoir porous isolation barrier is revealed. This research not only enriches the fluctuation theory of soil mechanics, expanded the scope of application of the porous medium, but also provides a kind of vibration isolation system for the control of environmental vibration pollution problems caused by artificial vibration.

城市交通、工业生产等对周边环境的振动影响及其治理是土动力学领域亟需解决的重要课题之一。本项目提出了以含液饱和多孔材料作为隔振屏障的新型地基隔振体系，基于弹性理论和Biot多孔介质模型，对含液饱和多孔材料板、壳结构的波动特性(包括弹性波的频散、衰减和截止频率等)以及其作为隔振屏障进行地基振动控制的隔振体系进行深入而系统的研究。通过理论分析、数值模拟和模型试验研究相结合的方法，详细分析振源类型、多孔材料隔振屏障的埋深、固相材料性质、孔隙率、孔隙流体性质以及初始流体压力等物理力学参数对地基主动隔振和被动隔振性能的影响规律，揭示储液多孔隔振屏障的工作机理，为此类地基隔振体系的应用提供重要的理论依据。本项目的研究不仅丰富了土力学波动理论，拓展了多孔介质的应用范围，同时也为地基振动控制提供了一类更具有可设计性的隔振体系，对治理人工振动引起的环境污染问题具有促进作用。

目前各种人工振动对环境的影响日益显著，环境振动及其治理在土动力学和环境岩土工程领域亟需解决。而人工振动主要是由地基将振动从人工振源向周边环境传播的，地基引起的周边环境振动是人工振动污染的主要途径。波阻板（Wave Impedance Block，简写为WIB）作为屏障隔振措施，自提出之后就引起了大量学者对其进行研究并取得了显著的成果。含液饱和多孔介质是一种两相材料，它的内部具有细观孔隙结构且孔隙中充满液体，流-固两相的相互耦合作用可使饱和多孔介质结构在振动的过程中引起能量耗散，这种类似阻尼的效应可以用来进行减振隔振。而目前常用的波阻板主要有实体块和蜂窝状的两种，对含液饱和多孔介质材料作为波阻板隔振的情况少有研究。因此，本项目的研究成果对含液饱和介质波阻板的隔振体系的应用不仅具有重要的理论意义，同时也会为实际工程提供一定的应用价值。本项目以饱和多孔波阻板地基隔振体系为研究对象，研究内容主要包括：.在Biot多孔介质模型和弹性理论的框架下，考虑流-固耦合效应，建立起了饱和多孔材料结构的波动方程，分析了梁板结构的波动行为，包括截止频率、吻合频率以及动力响应等。.对于吸收边界条件，基于均质各向同性弹性介质的二阶弹性波动方程，通过Laplace变换和复伸展坐标变换，建立了一类非分裂格式的PML吸收边界，应用Galerkin近似技巧，给出了位移形式的时域有限元模型。.基于Biot多孔介质波动理论，结合PML边界条件，用时域有限元方法计算了弹性地基中储液多孔饱和介质波阻板的的隔振性能，考虑了储液多孔波阻板的板厚、弹性模量、埋深和孔隙率等参数对隔振效果的影响。.通过国道312线改造工程中公路交通荷载下波阻板的隔振性能现场试验以及室内模型实验，进一步考察和分析了多孔波阻板对提高地基振动控制的效果，并与理论结果进行了比较分析。