饱和土中周期结构的衰减域及其在环境减振中的应用研究

With the rapid development of the economy, ambient vibration caused by traffic is more and more serious in nowadays. To decrease the influences of the harmful ambient vibration becomes a hot topic which draws lots of researcher’s attentions. Based on the periodic theory in solid-state physics and the Biot theory of saturated soil, a comprehensive theoretical, numerical and experimental investigation will be conducted in this project and the vibration attenuation mechanism and the practical design methods of periodic structures in saturated soil will be given. Attenuation zones for both the multi-row pile structure and the concrete diaphragm wall structure in saturated soil will be studied and the vibration energy distribution property of these periodic structures will be investigated, from which the vibration attenuation mechanism of periodic structures in saturated soil will be revealed. Parametric studies will be conducted to investigate the influences of the geometrical and material parameters on the attenuation zone, which will be a solid foundation for the optimization of the attenuation zone. Further, the practical design method for periodic structures in saturated soil for ambient vibration attenuation will be given. Through this project, theoretical methods for solving the attenuation zones of periodic structure in saturated soil with coupled filed will be presented. At the same time, this project will give a novel strategy for engineers to design ambient vibration barriers. Undoubtedly, results obtained from this projects will be an important guideline and of great enhancement to improve the vibration attenuation ratio of wave barrier structures, like the multi-row pile structure and the concrete diaphragm wall structure in saturated soil, and to promote the development of the wave barrier technology to attenuate ambient vibration induced by traffic.

随着经济的发展，交通引起的环境振动日趋严重，如何减轻环境振动造成的危害，深受研究者的关注。本项目将基于固体物理学的周期性理论和饱和土的 Biot 理论，采用理论研究、数值分析和试验研究相结合的方法，研究饱和土中利用周期结构进行环境减振的机理和实用工程设计方法。通过研究由饱和土-排桩、饱和土-混凝土墙形成的周期结构衰减域的形成机制、周期结构中振动传输的能量分布特征，以期揭示饱和土中周期结构的减振机理；通过研究周期结构不同几何构型、材料参数等对衰减域的影响，实现对衰减域的优化，进而给出应用周期结构进行环境减振的实用工程设计方法。本项目的实施，不仅将给出饱和土中周期结构耦合场的求解方法，还将为饱和土中环境减振提供新的设计思路和方法，研究成果必将对提高排桩和混凝土墙等波屏障的减振效率、推动波屏障减振技术的发展起到重要的指导和促进作用。

随着经济的发展，交通引起的环境振动日趋严重，如何减轻环境振动造成的危害，深受研究者关注。工程实践表明，在诸多环境减振措施中，在振源与被保护建筑物之间设置波屏障是一种非常有效的减振措施，常见的波屏障有连续性波屏障和非连续性波屏障两种形式。目前针对波屏障减振的研究，大多是在完全弹性土体假定下进行的，虽有部分研究考虑了饱和土，但由于分析手段的限制，也仅是针对单根桩、单排桩或单排墙屏障，涉及多排桩或墙屏障的研究成果极其有限，而多排桩或墙形成的屏障具有更加优异的减振性能，其内在机理亟待揭示。. 为此，本项目基于固体物理学的周期性理论和饱和土的Biot理论，不仅研究了由饱和土-填充沟、饱和土-实心桩、饱和土-填充桩形成的多种周期性波屏障的减振性能，还提出了一种识别表面波的新方法。具体讲，分别针对出平面波、体波和表面波等多种波动形式，首先研究了饱和土中不同周期结构频散曲线的求解方法，确定了各自的衰减域，揭示了饱和土中周期性波屏障的减振机理；不仅求得了实频散，还给出了复频散；通过研究不同几何构型、材料参数等对衰减域的影响，对出平面波，构建了一种全新的导波屏障，而对耦合的体波和面波，则研发了一款适合于工程人员使用的波屏障设计软件。以本项目为依托，共培养毕业硕士研究生14名，博士研究生3名；发表期刊论文18篇，其中SCI收录期刊论文17篇；出版学术专著一部。本项目的实施，为饱和土中环境减振提供了新的设计思路和方法，研究成果必将对提高常见波屏障的减振效率、推动波屏障减振技术的发展起到重要的指导和促进作用。