饱和土中非连续屏障对地面激励的隔振机理研究

针对饱和土中稳态和瞬态荷载振动隔离问题，以非连续屏障（桩-孔周期组合屏障、大直径排桩屏障）作为振动隔离体，采用理论分析、数值计算和模型试验相结合的方法，研究饱和土中非连续屏障的隔振机理和隔振效果。首先建立饱和土中非连续屏障对稳态和瞬态荷载的振动隔离模型，通过将饱和土体波动方程解耦，根据定解条件并考虑到桩-桩或桩-孔之间的相互作用，得到饱和土中非连续屏障隔振的解答，系统地分析饱和土体介质参数、孔隙水的流-固耦合效应及非连续屏障结构几何参数等对隔振效果的影响。并对饱和土体中非连续屏障的隔振性能进行室内模型试验研究以验证理论分析的合理性。项目预期将揭示饱和土中非连续屏障和振动波的相互作用机理，得出饱和土体渗透性、非连续屏障结构几何参数等对隔振效果的影响规律。项目的研究成果对促进我国饱和土中非连续屏障隔振的应用实践具有重要意义，可以为饱和土中非连续屏障设计和应用提供科学依据。

打桩、重工业动力基础、施工爆破和交通等都要引起振动，这些振动以波的形式进行传播，对临近振动敏感的精密仪表、设备和建筑物等有不可忽视的影响，并会干扰人们的生活与工作。如何尽可能减少振动对周边环境造成的不利影响，是近年来一直在关注的话题，也是急需要解决的工程问题。项目以非连续屏障（孔列、桩列以及桩-孔周期组合屏障等）作为振动隔离体，采用理论分析、数值计算和模型试验相结合的方法，研究了饱和土中非连续屏障的隔振机理和隔离效果。项目经过三年的实施，已完成项目计划书中的研究内容和研究目标，得到如下饱和土地基中非连续屏障参数、土体特性和振动波频率等因素对屏障隔振效果的影响规律：.首先，振动波频率越小，隔离效果越差，振动波频率越大，散射波和入射振动波的相互干涉作用越强烈，非连续屏障的隔离效果越好；随着饱和土中桩间距的增大，排桩后的最佳隔离位置在向后推移，排桩的竖向位移振幅隔离效果越差；增加桩数量可以使排桩后的最佳隔离区域扩大较快，但并不能使土体竖向位移幅值明显减小；饱和土体中空心管桩的隔离效果要好于实心排桩；随着饱和土体渗透性的降低，桩列的隔离效果越好，但当渗透性降低到一定程度后，再减小渗透性对排桩的隔离效果影响不大。.其次，通过饱和土地基中不同形式非连续屏障（桩列、孔列和桩-孔周期组合式屏障）对振动波隔离效果的比较，发现桩-孔周期组合式屏障的隔离效果最好，孔列次之，桩列最差；但桩列屏障后的最佳隔离范围要大于孔列。.另外，对比分析了饱和土和弹性土中排桩对振动波的隔离效果，在频率较低时，两者之间隔离效果较为接近；在频率较高时，饱和土中排桩的振动隔离效果与弹性土中的差别有所增大。.项目的研究成果揭示了饱和土地基中非连续屏障和振动波的作用机理，提高了饱和土地基中非连续屏障对振动隔离机理的认识，进一步丰富了饱和土动力学理论，并为饱和土地基中环境振动防治提供了新的途径，为非连续屏障隔振设计工程实践提供合理的方法和建议，项目的研究成果已开始应用于实际工程振动防护中。