非饱和土-结构动力响应的多耦合周期性有限元法

• 作者: 狄宏规 郭慧吉 周顺华 王炳龙 何超
• 来源期刊: 力学学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 非饱和土 隧道 多耦合周期性有限元 完美匹配层 动力响应
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 固体力学|Solid Mechanics
• 页码范围: 163-172
• 页数: 10页
• 分类号: U451.3
• 语种: 中文
• DOI: 10.6052/0459-1879-21-367

摘要

真实的地基土体-隧道系统中土体及结构性质往往沿线路纵向变化.为考虑土体与结构沿纵向的变化特性,提出了一种非饱和土-结构系统动力响应分析的多耦合周期性有限元法.首先基于非饱和土的实用波动方程,采用Galerkin法推导了单节点5个自由度的非饱和土ub-pl-pg格式有限元表达式,相比于单节点9个自由度的ub-v-w格式有限元表达式,节省了计算资源.其次引入复拉伸函数,构建完美匹配层边界单元截断无限域.最后采用多周期性模拟结构沿纵向的变化特性,引入自由波传播理论,结合各周期性结构间的连续性条件,实现纵向各周期性结构间的耦合.通过与既有的2.5维有限元-完美匹配层法和波函数法的计算结果进行对比,验证了本文方法的可靠性.该方法与既有的解析、数值方法相比,具有可高效考虑结构纵向变化特性的优点.基于该方法,以非饱和土-隧道-隔离桩系统为例,讨论了隔离桩的减(隔)振效果,结果表明:与咬合桩相比,考虑隔离桩桩间距后地表动力响应规律有所改变,因此在进行地铁隧道系统振动响应预测时,应考虑系统结构沿纵向的变化特性.