冲击荷载下隔振屏障的试验研究和数值分析

作     者：朱桐林 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林本海

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：冲击荷载 隔振屏障 现场试验 数值分析 

摘      要：目前我国正逐步推进城镇化和工业化的进程,所进行的一系列工程建设不可避免地会带来环境影响问题,比如日益引人关注的环境振动问题。日常生活中最常见的环境振动振源主要是交通、建筑施工和动力机器等,所引起的振动大多数以低频段为主。如今人们对交通线路中的振动问题研究的较多,但相对忽视了冲击荷载的振动问题,桩基础沉桩施工、锻锤锻打作业、强夯法地基处理、隧道土石方或基坑工程爆破等情况下产生的冲击荷载往往会对邻近的场地、建筑或仪器设备等带来不可估量的危害。在这种背景下,我们需要针对冲击荷载引起的环境振动问题采取必要的隔振措施,目前主要从振源处、传递途径和目标物处这三个方面进行研究。隔振屏障是一种针对传递路径的隔振措施,具备隔振效果好、适用性强的优点,因此本文主要从理论、现场试验和数值模拟分析等三个方面对隔振屏障的隔振效果进行系统地研究。本文主要的研究内容如下:1、根据弹性波波动理论,对弹性介质中的波和波动方程进行简要的介绍,并在弹性半空间对竖向集中力作用下弹性半空间内的振动响应进行研究;简要介绍了振动波在弹性半空间内的传播和衰减规律,同时对隔振屏障的作用原理进行了阐述。2、利用现场试验的方法,对冲击荷载形成的振动波在地基土体中传播和衰减规律进行了研究,并在此基础上探讨屏障的隔振机理和隔振效果,研究隔振屏障不同的几何尺寸因素对隔振效果的不同影响。3、详细探讨了大型通用岩土工程有限元软件MIDAS GTS NT在分析动力作用课题时的基本方法,并重点针对如特征值分析、动力时程分析、时间步长控制、土体本构模型选择、材料阻尼确定、网格尺寸划分和模型边界确定方法等关键问题进行了讨论,同时对建模过程和参数选取进行了详细的分析介绍,并依照上述方法对三维有限元模型进行不同空间尺寸条件下的三维有限元模拟,并把试验数据和数值模拟结果对比分析,以此验证数值模拟方法的可行性、合理性和准确性。4、在数值模拟分析方法所得结果经验证可行有效后,利用该方法对冲击荷载作用下隔振屏障的几个重要参数进行分析,主要包括振源位置、填充材料、地基土性质和振源频率这四大因素,并从中总结出规律,为实际工程施工和设计提供参考。