具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法，包括以下步驟：(1)建立準(zhǔn)飽和黏彈性土-隧洞襯砌動(dòng)力相互作用模型：無將周土中水氣混合物等價(jià)為一種均勻的流體，空氣僅以氣泡形式存在于水中，孔隙內(nèi)只有水相連通，建立準(zhǔn)飽和黏彈性土-隧洞襯砌動(dòng)力相互作用模型；(2)襯砌運(yùn)動(dòng)：將襯砌視為具有分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)本構(gòu)關(guān)系的均勻黏彈性體，在軸對稱情形下，建立具有分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)本構(gòu)黏彈性模型的應(yīng)力-位移本構(gòu)關(guān)系式；(3)邊界條件：根據(jù)準(zhǔn)飽和黏彈性土-隧洞襯砌動(dòng)力相互作用模型及具有分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)本構(gòu)黏彈性模型的應(yīng)力-位移本構(gòu)關(guān)系式，檢測在邊界不滲透和自由滲透條件下，得到具有分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)型黏彈性襯砌的深埋圓形隧洞準(zhǔn)飽和黏彈性土穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的具體解答。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有計(jì)算量小、抑制干擾能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，混凝土材料襯砌具有黏彈性性質(zhì)，即在長期加載過程中發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象。為此，現(xiàn)有技術(shù)中有采用三軸壓縮蠕變試驗(yàn)，研究了襯砌材料的蠕變特性。
[0003]目前，許多學(xué)者對飽和土中深埋圓形隧道的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了深入研究。Senjuntichai和Rajapakse利用Laplace變換技術(shù)得到了邊界軸對稱荷載和流體壓力作用下飽和土中圓形隧道動(dòng)力響應(yīng)的解析解，討論了飽和土各參數(shù)對響應(yīng)幅值的影響。楊峻等考慮流固耦合作用，在Laplace變換域內(nèi)得到了飽和土中圓形隧道應(yīng)力、位移和孔壓的解析表達(dá)式，并與經(jīng)典彈性土中隧道問題的解答作了比較。上述忽略襯砌和土體的相互作用。將襯砌視為彈塑性材料，F(xiàn)eldgun等得到了爆炸荷載作用下圓形隧道的瞬態(tài)響應(yīng)解答，而Auslender等在球面坐標(biāo)下研究了彈性介質(zhì)中球形空腔的瞬態(tài)響應(yīng)。將襯砌等效為無扭矩的薄壁殼體結(jié)構(gòu)，Glenn得到了突加和脈沖荷載作用下彈性土中球殼振動(dòng)響應(yīng)解答。Xie等考慮襯砌和土體的相對滲透性，分別研究了飽和黏彈性中隧道和球形空腔的動(dòng)力響應(yīng)，利用Laplace變換得到位移、應(yīng)力和孔壓的表達(dá)式，并討論了襯砌和土體相對剛度和滲透參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。蔡袁強(qiáng)等采用峰值遞減的三段突加三角形荷載模擬爆炸荷載，分別給出彈性和黏彈性飽和土中圓形隧道動(dòng)力響應(yīng)。將襯砌視為均勻彈性體，高盟等得到了飽和土和彈性襯砌動(dòng)力相互作用時(shí)圓形隧道的內(nèi)源問題解答。而高華喜和聞敏杰推導(dǎo)了具有黏彈性襯砌的深埋圓形隧道飽和黏彈性土動(dòng)力響應(yīng)。然而，上述都忽略了土體中氣體的影響。
[0004]高飽和度土(95%< & < 100%)中氣體以氣泡形式存在于水中。由于動(dòng)荷載激勵(lì)下氣泡自身會產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)從而影響土體的滲透性、壓縮性等性質(zhì)，目前對于準(zhǔn)飽和土中彈性波波速和衰減問題已取得不少成果，但對準(zhǔn)飽和土中隧道的動(dòng)力響應(yīng)問題研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種控制效果好、適用范圍廣的具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008](I)建立準(zhǔn)飽和黏彈性土 -隧洞襯砌動(dòng)力相互作用模型:無限黏彈性土體中深埋一襯砌厚度為d的圓形隧洞，襯砌內(nèi)徑為R1，外徑為R2 ;土骨架的剪切模量為Gs，其黏性用復(fù)模量表示為Gs (1+2 ξ4) ;ξ3為黏性阻尼比；土骨架和襯砌的泊松比分別為/和/; 土體的總密度為P T = (1-η) P s+n P F ；n為孔隙率；土顆粒和孔隙流體的密度分別為P s和Pf =Sjw ;&和Pw分別表示飽和度和水的質(zhì)量密度；襯砌內(nèi)邊界作用一圓頻率為ω的徑向均布簡諧荷載
【權(quán)利要求】
1.具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立準(zhǔn)飽和黏彈性土-隧洞襯砌動(dòng)力相互作用模型:無限黏彈性土體中深埋一襯砌厚度為d的圓形隧洞，襯砌內(nèi)徑為R1，外徑為R2:土骨架的剪切模量為Gs，其黏性用復(fù)模量表示為Gs(l+2 ξ si) ; ξ s為黏性阻尼比；土骨架和襯砌的泊松比分別為Vs和7 ;土體的總密度為P T = (1-η) P s+n P F ；n為孔隙率；土顆粒和孔隙流體的密度分別為P s和Pf =SrPw ；Sr和P w分別表示飽和度和水的質(zhì)量密度；襯砌內(nèi)邊界作用-圓頻率為ω的徑向均布簡諧荷載
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，所述的準(zhǔn)飽和黏彈性土 -隧洞襯砌動(dòng)力相互作用模型具體為: 采用Biot兩相孔隙介質(zhì)理論來研究準(zhǔn)飽和土，孔隙流體的體積模量Kf可近似為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，所述的襯砌運(yùn)動(dòng)具體為: 根據(jù)彈性理論，襯砌動(dòng)力方程為
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種具有圓形隧道的準(zhǔn)飽和粘彈性土振動(dòng)響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，所述的邊界條件具體為: 應(yīng)力和位移邊界條件:
【文檔編號】G01N15/08GK103439475SQ201310367012
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】季彤天, 陳祖元, 肖俊曄, 劉能科 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)上海市電力公司, 上海市區(qū)供電設(shè)計(jì)有限公司