軌道交通環(huán)境振動土動力學圖書目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 軌道交通環(huán)境振動問題 1

1.2 應力波傳播的線彈性模型 2

1.2.1 線彈性與非線性彈塑性行為 3

1.2.2 均勻性與非均勻性材料 3

1.2.3 各向同性與各向異性材料 4

1.2.4 材料原位應力 5

1.3 軌道交通環(huán)境振動中的土動力學問題 5

1.4 地層動力參數(shù)的確定策略 6

1.5 本書主要內(nèi)容 7

第2章 彈性動力學基本方程及振動波在土中的傳播特性 8

2.1 彈性介質(zhì)的動力學基本方程 8

2.1.1 幾何方程（位移分量和應變分量的關系） 8

2.1.2 物理方程（應力分量和應變分量的關系） 10

2.1.3 應力分量和位移分量的關系 11

2.1.4 直角坐標系下的波動方程 11

2.1.5 柱坐標系下的波動方程 13

2.2 彈性波的類型 14

2.2.1 P波和S波 16

2.2.2 瑞利波 21

2.3 彈性體中波的反射與折射 26

2.4 彈性波的頻散 28

2.5 土的阻尼與彈性波的衰減 31

2.5.1 材料阻尼 31

2.5.2 幾何阻尼 35

第3章 均質(zhì)各向同性彈性半空間的動力學問題 39

3.1 彈性半空間位移解的積分表達式 39

3.2 表面線荷載作用下彈性半空間動力學問題的求解 41

3.2.1 脈沖線荷載作用下半空間垂向位移積分式的求解 42

3.2.2 突然施加的常力線荷載作用下彈性半空間垂向位移的求解 50

3.3 表面條形均布荷載作用下彈性半空間動力學問題的求解 50

3.3.1 脈沖條形均布荷載作用下彈性半空間問題的求解 51

3.3.2 突然施加的條形均布荷載作用下彈性半空間問題的求解 55

3.4 表面垂向點荷載作用下彈性半空間動力學問題的求解 56

3.4.1 位移和應力的積分表達式推導 56

3.4.2 表面垂向位移積分式的求解 59

3.4.3 突然施加垂向點荷載時的動力解 61

3.5 幾種常見荷載作用下彈性半空間的位移及對應的Green函數(shù) 64

第4章 水平分層彈性半空間的動力學問題 67

4.1 基于薄層法推導地基土振動的基本解 67

4.1.1 薄層法基本理論 67

4.1.2 分層地基土在波數(shù)-頻率域內(nèi)的基本解 71

4.1.3 分層地基土在波數(shù)-空間域內(nèi)的基本解 77

4.2 基于分層傳遞矩陣法推導多層地基土的振動基本解 80

4.2.1 單層地基土的基本運動方程 80

4.2.2 分層土體上下表面振動的傳遞關系 82

4.2.3 表面垂向荷載下多層土體波數(shù)-頻率域內(nèi)的基本解 86

4.2.4 算例分析 87

4.3 理想匹配層的邊界理論及其與薄層法的聯(lián)合應用 90

4.3.1 理想匹配層邊界理論 90

4.3.2 理想匹配層邊界和薄層法的聯(lián)合應用 92

4.3.3 TLM-PML方法的驗證 94

第5章 移動荷載下土體動力問題的積分變換法求解 97

5.1 計算模型及其通解 97

5.1.1 計算模型與控制方程 97

5.1.2 方程通解 99

5.2 移動荷載作用在半空間內(nèi)梁上時土體動力響應 106

5.2.1 模型建立與基本假設 106

5.2.2 方程通解 107

5.2.3 阻尼假設 109

5.2.4 等效剛度 109

5.2.5 移動常荷載作用下的動力響應 111

5.2.6 移動簡諧荷載作用下的動力響應 114

5.3 移動荷載作用在成層半空間內(nèi)梁上時土體動力響應 116

5.3.1 模型建立與基本假設 116

5.3.2 方程通解 117

5.3.3 等效剛度 117

5.3.4 移動常荷載作用下的動力響應 120

第6章 土體彈性動力學問題的數(shù)值解法 123

6.1 數(shù)值方法概述 123

6.2 彈性動力學問題的有限元法 125

6.2.1 有限元法分析的基本步驟 125

6.2.2 連續(xù)彈性體有限元模型 127

6.2.3 時域內(nèi)求解有限元方程 131

6.2.4 頻域內(nèi)求解有限元方程 137

6.2.5 移動荷載作用下彈性體的穩(wěn)態(tài)響應分析 138

6.2.6 人工邊界條件 142

6.3 彈性動力學問題的邊界元法 146

6.3.1 彈性動力學互易定理 146

6.3.2 Green函數(shù)的互易性 148

6.3.3 邊界積分方程 150

6.3.4 邊界元法在頻域內(nèi)的求解 154

6.3.5 邊界元法在時域內(nèi)的求解 156

6.4 有限元-邊界元耦合法 157

6.4.1 有限元型耦合方法 158

6.4.2 邊界元型耦合方法 159

6.5 彈性動力學問題的無限元法 160

6.5.1 映射單元 161

6.5.2 無限元單元剛度矩陣和質(zhì)量矩陣 168

6.5.3 Abaqus軟件中的無限元 169

6.6 有限元-無限元耦合法 171

第7章 土的本構關系及動力特性 174

7.1 土的動應變行為 174

7.2 土的動應力-應變關系 176

7.2.1 土的動應力-應變關系的基本特點 176

7.2.2 動剪切模量和等效阻尼比 178

7.3 應力-應變關系的力學模型 179

7.3.1 基本力學元件 180

7.3.2 基本組合模型 182

7.3.3 滯回曲線的描述 188

7.3.4 經(jīng)典模型 190

第8章 地基土動參數(shù)的間接確定方法 193

8.1 基于指標參數(shù)的經(jīng)驗估計法 193

8.1.1 有效質(zhì)量密度 193

8.1.2 波速和彈性剪切模量 194

8.1.3 非線性和材料損失因子 196

8.2 通過巖土原位觸探試驗間接確定 199

8.2.1 靜力觸探試驗 199

8.2.2 標準貫入試驗 200

第9章 地基土動參數(shù)的實驗室測試方法 204

9.1 共振柱試驗 205

9.1.1 基本原理 205

9.1.2 測試儀器 208

9.1.3 測試流程及試驗結果 209

9.2 動三軸試驗 211

9.3 振動剪切試驗 216

9.3.1 循環(huán)單剪試驗 216

9.3.2 扭剪試驗 219

9.4 彎曲元試驗 220

9.4.1 物理原理 221

9.4.2 分析方法 221

第10章 地基土動參數(shù)的現(xiàn)場測試方法 224

10.1 概述 224

10.2 地基土動參數(shù)現(xiàn)場測試的一般準則 224

10.3 地震折射波法 226

10.3.1 測試原理 226

10.3.2 測試方法 229

10.3.3 優(yōu)缺點 229

10.4 單孔法 230

10.4.1 測試方法 230

10.4.2 測試原理 234

10.5 跨孔法 236

10.5.1 測試方法 236

10.5.2 測試原理 239

10.5.3 單孔法與跨孔法對比 239

10.6 表面波譜法 239

10.6.1 測試原理 241

10.6.2 測點布置要考慮的因素 243

10.6.3 數(shù)據(jù)篩選準則 244

10.6.4 測試影響因素 245

第11章 表面波譜法現(xiàn)場測試及地基土動參數(shù)的反演 247

11.1 彈性半空間介質(zhì)自由表面瑞利波方程 247

11.2 均勻各向同性層狀介質(zhì)中瑞利波特性 249

11.3 表面波譜法現(xiàn)場測試和頻散曲線的對比分析 254

11.3.1 試驗概況 254

11.3.2 試驗方法 257

11.3.3 現(xiàn)場實測頻散曲線及有效性驗證 258

11.4 瑞利波頻散曲線及地基土動參數(shù)的反演 270

11.4.1 反演問題的數(shù)學模型 271

11.4.2 遺傳算法 271

11.4.3 地基土動參數(shù)的反演 276

參考文獻 2832100433B

《軌道交通環(huán)境振動土動力學》以軌道交通環(huán)境振動為背景，系統(tǒng)介紹振動波在土體中傳播的彈性動力學求解方法，以及土動力特性及參數(shù)的確定方法?！盾壍澜煌ōh(huán)境振動土動力學》共11章，內(nèi)容涵蓋軌道交通環(huán)境振動彈性動力學和土動力學的基礎知識，均質(zhì)各向同性和水平分層彈性半空間問題、積分變換求解方法、數(shù)值求解方法，地基土動力特性，地基土動參數(shù)的間接確定方法、實驗室測試方法和現(xiàn)場測試方法等幾部分內(nèi)容。

軌道交通系統(tǒng)運行對周邊環(huán)境造成不可忽視的危害，其振動機理復雜且具有明顯的隨機特性，對基本問題的研究具有較大難度但意義重大。本項目立足于客觀反映其復雜振動機理，研究隨機荷載作用下的多介質(zhì)耦合關系，建立體現(xiàn)基本振動特性的軌道交通-環(huán)境振動統(tǒng)一理論計算模型；基于虛擬激勵方法，研究相容格式和適用形式，建立由演變功率譜及標準差表述系統(tǒng)時變隨機特性的高效數(shù)值分析方法；應用哈密頓對偶體系，實現(xiàn)基本問題動力學方程在狀態(tài)空間的保辛變換，建立振動波在多介質(zhì)傳播中的兩端邊值問題線性哈密頓方程，從振動機理層面討論軌道交通引起環(huán)境振動危害的控制與優(yōu)化方法?；谛翑?shù)學體系和虛擬激勵方法，實現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)誘發(fā)環(huán)境振動的三維統(tǒng)一理論計算建模、高效分析、以及對其優(yōu)化和控制技術的深入研究，即具有工程指導意義，也是對隨機振動理論的豐富。

車輛與線路的耦合振動動力學特性復雜，求解困難，其作為振動源給周邊環(huán)境結構造成的振動影響涉及噪聲、結構穩(wěn)定性等多方面。問題動力學本質(zhì)復雜，分析求解相當困難，且還未有成熟、通用的分析方法。本項研究立足于此，從振動隨機性本質(zhì)入手研究這種復雜體系的動力學基本問題，通過建立合理的耦合統(tǒng)一模型，運用我國自主創(chuàng)新的計算力學高效分析方法進行動力學響應分析，并結合所建立的優(yōu)化設計快速靈敏度方法對隨機響應進行相應的優(yōu)化與控制。對車-線/橋-環(huán)境結構通過子結構理論建立統(tǒng)一的整體模型，以位移協(xié)調(diào)條件作為裝配條件，避免了在耦合振動中分部建模所引起能量耗散和人工邊界誤差；基于虛擬激勵方法對隨機激勵的本質(zhì)進行描述，構造平穩(wěn)/非平穩(wěn)下基于隨機特性的復雜系統(tǒng)分析方法，引入辛對偶體系對無窮結構證明辛正交性，建立無限循環(huán)子結構來降低系統(tǒng)計算規(guī)模，實現(xiàn)精細積分下的快速時程分析，據(jù)此建立復合多系統(tǒng)耦合隨機動力學的高效、精確數(shù)值響應分析方法；在動力學分析的基礎上，構造系統(tǒng)運動方程的靈敏度動力方程，結合虛擬激勵方法和精細積分方法建立快速系統(tǒng)靈敏度分析算法，同時結合正交試驗理論，自適應識別振動影響因素的重要性指數(shù)，實現(xiàn)對關鍵振動因素的靈敏度分析和優(yōu)化。運用這系列創(chuàng)新方法，項目研究了無砟軌道-列車-基礎、汽車-路面-受振建筑、車輛-橋梁等復合問題的隨機振動基本問題，并以降振減振為目的實現(xiàn)了系統(tǒng)動力學響應優(yōu)化，數(shù)值分析結果顯示了系統(tǒng)方法的可行性、快捷性和精確性，同時也探討了在交通荷載環(huán)境振動中振源體系對臨近結構的影響規(guī)律。該項研就有現(xiàn)實工程意義，其創(chuàng)新數(shù)值方法和技術思路也可引入其他類似動力學隨機振動系統(tǒng)。方法以數(shù)值分析實現(xiàn)性和計算高效性為特點，構造簡單易于掌握，且對此類復雜系統(tǒng)隨機動力學問題具有通用性，項目研究結果既具有工程指導意義，亦是對隨機振動理論的豐富。 2100433B

由謝定義編著的《土動力學》分為10章，主要包括了四大部分：土動力學理論和試驗基礎(緒論，土與土體中的動荷載，土的動力特性測試，共3章)，土的動力特性規(guī)律(土的動強度、動變形與動孔壓特性，土的振動液化特性，土的動應力-動應變關系，共3章)，土體的地震反應分析(土體地震反應的地震反應譜分析法，土體地震反應的動力時程分析法，土體地震反應的總應力、有效應力分析法，共3章)，以及土體的地震穩(wěn)定性分析(共1章)。

本書系統(tǒng)性、完整性、簡明性、先進性、啟發(fā)性和實用性較強，適合研究生和有關人員學習土動力學基礎知識使用。