层状非均质饱和地基-圆形基础系统的动力特性研究

本项目考虑了地基的非均质性和软粘土地基常有硬壳层的实际情况，拟采用弹性半空间计算模式对层状非均质饱和地基上圆形基础的动力特性进行系统研究。基于Biot固结理论和非均质材料的本构关系，建立柱坐标系下非均质饱和地基的动力方程，通过Hankel变换求解此动力方程，结合不同的边界条件通过Hankel逆变换求解相应问题。研究的主要内容包括：非均质饱和广义Gibson地基(剪切模量随深度线性增加)的Lamb问题和Reissner-Sagoci问题；有硬壳层的非均质饱和广义Gibson地基作用不同分布形式动应力时的动力响应问题；不同形式简谐动荷载作用下的"地基-圆形基础"系统振动特性；同时，还拟开展现场试验研究，完成相关参数对系统动力特性的敏感性分析。本课题将为软粘土地区动力机器基础的设计提供参考，为合理利用硬壳层提供理论上的依据和方法上的指导。

本项目考虑了地基的非均质性和软粘土地基常有硬壳层的实际情况，采用了弹性半空间理论系统研究了层状非均质饱和地基与基础的动力相互作用问题。首先基于Biot固结理论和非均质材料的本构关系，建立柱坐标系下非均质饱和地基的动力方程，通过Hankel变换求解此动力方程给出了变换域内位移和应力的通解，结合具体的边界条件通过Hankel逆变换求解相应问题；开展了广义Gibson饱和地基(剪切模量随深度线性增加)的Lamb问题，给出了受集中力作用时地基内任意位置应力和位移的积分形式的解，进一步研究了有硬壳层时广义Gibson饱和地基的Lamb问题；开展了广义Gibson饱和地基Ressiner-Sagoci问题的研究，分别考虑地基下卧基岩、为半空间地基、基础分别位于地基表面和内部、地基存在硬壳层等情况，给出了不同情况时的对偶积分方程，并进一步转化为第二类Fredholm积分方程进行问题求解，此部分还考虑了层状饱和地基的Ressiner-Sagoci问题，给出了系数传递矩阵；开展了分布形式不同的动应力作用时广义Gibson饱和地基的动力响应问题的研究，并数值研究了线性分布动荷载作用时相关参数对动力响应的影响；通过Laplace-Hankel联合变换，给出了瞬态荷载作用时广义Gibson饱和地基内位移和应力的通解，对瞬态动荷载进行Laplace-Hankel变换可求出待定系数，进行积分逆变换可求出瞬态荷载作用下广义Gibson饱和地基中应力和位移；通过数值研究讨论了线性分布和静刚性分布瞬态荷载作用时地基内位移和应力的变化规律；开展了有硬壳层软土桩承复合地基在静动力荷载作用下的力学特性试验研究，为了模拟堆料场的堆载卸载过程和交通动荷载的作用，通过施加梯形荷载和循环动荷载分别研究了硬壳层底部土工格栅的力学性状和桩土应力的变化规律。本项目获得的成果将为软粘土地区动力机器基础的设计提供参考，为合理利用硬壳层提供理论上的依据和方法上的指导。