梯度土介质波动特性及动力响应研究

基于混合物连续介质的基本理论，将功能梯度材料的概念和研究方法引入非均匀土力学中，研究非均匀饱和土中波的传播特性及动力响应问题。考虑土体的粘弹性特征和物理力学性质的梯度变化因素，建立两相多孔介质的动力学控制方程。在多变量耦合的变系数偏微分方程求解中，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，研究高精度和高效率的数值方法。作为具体问题，分别研究梯度饱和土介质中各种体波、半空间梯度饱和土中的Rayleigh波和具有梯度饱和土覆盖层的半无限空间体中Love波的传播特性，并且分析半空间梯度饱和土介质在不同动荷载作用下的动力响应。系统研究梯度土介质的波动特性，包括模态、波谱、频散、衰减、反射等特性；深入分析加载时间，加载形式，边界透水条件以及土体非均匀性等因素对饱和土体动力响应的影响规律。本项目的研究成果将会进一步丰富土动力学理论，并对非均匀材料力学和混合物连介质理论的纵深发展有促进作用。

岩土介质的波动特性以及动力响应问题的研究在石油工程，岩土工程以及地震工程，地球物理等各种工程领域内有着非常重要的应用价值。众所周知，自然界中的土体一般由固、液、气三相组成的复杂介质，如何建立合理的力学模型，来解决工程技术中遇到的实际问题具有重要的工程意义。当固体土骨架之间的孔隙为流体充满，则形成流体饱和多孔介质。在实际工程中饱和土是大量存在的，也是工程中较为常见的一类土，以饱和土作为研究对象是目前学术界研究的一个热点问题。项目以饱和土地基为研究对象，针对弹性波的传播特性以及动力响应行为进行了研究分析。.基于多孔介质波动理论，将功能梯度材料的概念和研究方法引入非均匀土力学中，考虑土体的粘弹性特征和物理力学性质的梯度变化因素，建立两相多孔介质的动力学控制方程。并通过理论分析与数值模拟相结合的方法，分别研究了梯度饱和土介质中各种体波、半空间梯度饱和土中的Rayleigh波和具有梯度饱和土覆盖层的半无限空间体中Love波的传播特性以及耗散特征。.基于多孔介质理论，建立了饱和土体在动荷载作用下的动力控制方程，其中考虑了土体的非均匀性、惯性、粘滞以及固体颗粒和流体的可压缩性。利用解析方法或数值方法求解了在不同动力荷载以及排水条件下非均匀饱和土地基的动力响应问题，分析了土体位移，应力和孔隙压力等物理量的响应，重点分析讨论了材料非均匀性对饱和土介质动力特性的影响。