具有圓形隧道的準飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有圓形隧道的準飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法，包括以下步驟：(1)建立準飽和黏彈性土-隧洞襯砌動力相互作用模型：無將周土中水氣混合物等價為一種均勻的流體，空氣僅以氣泡形式存在于水中，孔隙內(nèi)只有水相連通，建立準飽和黏彈性土-隧洞襯砌動力相互作用模型；(2)襯砌運動：將襯砌視為具有分數(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，建立具有分數(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)準飽和黏彈性土-隧洞襯砌動力相互作用模型及具有分數(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，得到具有分數(shù)導(dǎo)數(shù)型黏彈性襯砌的深埋圓形隧洞準飽和黏彈性土穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的具體解答。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有計算量小、抑制干擾能力強、調(diào)節(jié)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點。
【專利說明】具有圓形隧道的準飽和粘彈性土振動響應(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飽和粘彈性土振動響應(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，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力響應(yīng)進行了深入研究。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力響應(yīng)，利用Laplace變換得到位移、應(yīng)力和孔壓的表達式，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力相互作用時圓形隧道的內(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。由于動荷載激勵下氣泡自身會產(chǎn)生振動效應(yīng)從而影響土體的滲透性、壓縮性等性質(zhì)，目前對于準飽和土中彈性波波速和衰減問題已取得不少成果，但對準飽和土中隧道的動力響應(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飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]具有圓形隧道的準飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008](I)建立準飽和黏彈性土 -隧洞襯砌動力相互作用模型: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.具有圓形隧道的準飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立準飽和黏彈性土-隧洞襯砌動力相互作用模型: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飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，所述的準飽和黏彈性土 -隧洞襯砌動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飽和粘彈性土振動響應(yīng)的檢測方法，其特征在于，所述的襯砌運動具體為: 根據(jù)彈性理論，襯砌動力方程為
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飽和粘彈性土振動響應(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)計有限公司