[发明专利]饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法

说明书

发明公开了一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，属于建筑工程与环境振动控制技术领域。该方法基于Biot两相介质理论，利用高精度三维间接边界元方法研究了单排‑多排桩屏障系统对流体饱和多孔弹性半空间中入射Rayleigh波的隔振效果。包括建立三维饱和场地‑群桩模型，基于Biot饱和多介质理论推导饱和格林函数，采用间接边界元法根据边界条件建立方程求解，最后进行地震响应模拟分析以期实现对群桩后建筑结构的保护作用。本发明有益效果：为饱和不均匀介质条件下群桩隔振问题的求解提供一种新的高效算法和实用程序，为实际复杂工程的模拟带来显著的经济效益。

技术领域

本发明属于建筑工程与环境振动控制技术领域，特别涉及一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法。

背景技术

近年来，随着城市基础设施建设的快速发展，铁路交通、建筑施工、工业活动和爆破引起的振动和噪声可能对附近建筑物、地下管线、敏感电子设备和居民产生负面影响。群桩隔振系统通常远离振源并围绕受保护的结构，由于围绕屏障系统对波的散射效应而减小屏障后土与建筑结构的振动幅度。

采用群桩隔振方法的有效性已被很多数值方法和场地实验所验证，精细化计算模拟对于隔振方案设计具有重要意义。对于工程波动问题的理论求解方法整体可以分为解析法和数值法，其中数值法包括域离散型的有限元法、有限差分法、离散波数法和边界离散的边界元法等。常规有限元方法处理大量的群桩隔振，特别是高频输入下，需要大量的单元离散，对计算资源耗费巨大。同域离散型方法相比，边界元法具有高精度、降低问题求解维度、便于处理高梯度应力变化的优点，同时特别便于处理无限域波动问题即无需引入无反射边界条件，另外还克服了普通有限元法高频弥散的难题。但目前大多数研究方法主要局限于单相介质模型。根据两相介质理论，饱和土层中波的传播同干土中差别显著，因此有必要发展饱和土中群桩隔振模拟算法。实际上，饱和土层广泛存在于沿海地区或冲积河谷中，精细化计算饱和土中群桩对瑞利波即Rayl e i gh波的隔振效果可为沿海与河谷地区工程隔振设计提供科学依据，为降低环境振动对社会民众的影响提供技术支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于高效间接边界元算法下的饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，具体步骤如下：

步骤一、根据饱和土介质与三维群桩介质参数建立单排与多排群桩模型，离散所有桩-土交界面和土层表面

根据饱和土介质与三维群桩介质参数建立单排与三排群桩模型，离散所有桩-土交界面和半空间表面，然后在每个离散单元的表面上施加流量源和虚拟均匀荷载，假设离散元件的中心位置是x_m，虚拟负载中心是y_n，设半空间表面、桩与土壤之间交界面单元数分别为N₁和N₂，桩顶与半空间表面上的单元数量为N₀；

步骤二、三维饱和半空间群桩隔震模拟

1、构造自由场

基于单层位势理论，已建饱和土模型内部可以产生两个标量压缩波P1和P2和一个反射剪切波S。

土骨架位移和流体位移如下：

式中：和分别代表x和y方向的土骨架位移，上标ff代表自由场；

和分别代表x和y方向的流体位移；

φ_k(k＝1,2)为P1和P2波的势函数；

ψ为S波的势函数；

χ_k是由Biot理论控制方程确定的多孔弹性常数；