饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法技术

发明专利技术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。本发明专利技术有益效果：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。

Vibration Isolation Simulation Method of Non-continuous Pile Groups in Saturated Soil

The invention discloses a simulation method for vibration isolation of discontinuous pile groups in saturated soil, which belongs to the technical field of building engineering and environmental vibration control. Based on Biot's two-phase medium theory, the isolation effect of a single-row and multi-row pile barrier system for incident Rayleigh waves in a fluid-saturated porous elastic half-space is studied by using a high-precision three-dimensional indirect boundary element method. Including the establishment of three-dimensional saturated site pile group model, derivation of saturated Green's function based on Biot saturated multi-media theory, the use of indirect boundary element method based on boundary conditions to establish equations to solve, and finally the seismic response simulation analysis in order to achieve the protection of building structure behind pile group. The invention has the beneficial effect of providing a new efficient algorithm and practical program for solving the vibration isolation problem of pile groups under saturated inhomogeneous medium conditions, and bringing remarkable economic benefits for the simulation of practical complex engineering.

【技术实现步骤摘要】
饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法
本专利技术属于建筑工程与环境振动控制
，特别涉及一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法。
技术介绍
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，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三维饱和群桩模型，所述三维饱和群桩模型为在地表下方的饱和土介质中预埋多个混凝土方桩形成的饱和半空间S1、桩域S2；离散所有桩‑土交界面和土层表面形成离散边界单元，所述离散边界单元的中心位置设为xm，虚拟负载中心设为yn，土层表面、桩与土壤之间交界面单元数分别设为N1和N2，桩顶与土层表面上的单元数量为N0；步骤二、进行三维饱和土层群桩隔震模拟：根据步骤一所述三维饱和群桩模型和离散边界单元，构造自由波场和散射波场并求解，确立边界条件求解虚拟波源密度，叠加自由波场和散射波场计算总波场；步骤三、根据步骤二...

【技术特征摘要】
1.一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，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三维饱和群桩模型，所述三维饱和群桩模型为在地表下方的饱和土介质中预埋多个混凝土方桩形成的饱和半空间S1、桩域S2；离散所有桩-土交界面和土层表面形成离散边界单元，所述离散边界单元的中心位置设为xm，虚拟负载中心设为yn，土层表面、桩与土壤之间交界面单元数分别设为N1和N2，桩顶与土层表面上的单元数量为N0；步骤二、进行三维饱和土层群桩隔震模拟：根据步骤一所述三维饱和群桩模型和离散边界单元，构造自由波场和散射波场并求解，确立边界条件求解虚拟波源密度，叠加自由波场和散射波场计算总波场；步骤三、根据步骤二所述的三维饱和土层群桩隔震模拟进行结果分析：定义饱和土与群桩的介质参数，利用Rayleigh波波长归一化各参数，采用振幅衰减系数ARF衡量屏障的隔振效果，ARF定义为设置屏障后屏蔽区内的竖向振幅与无屏障时的竖向振幅之比，ARF值越小表示群桩隔振效果越好。2.根据权利要求1所述的一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，其特征在于，步骤一所述三维饱和群桩模型设有单排或三排群桩模型，所述单排桩模型包括饱和土体和其中埋置的一排混凝土方桩，方桩边长b；桩间距s；桩长l；桩深H；桩数NS；三排群桩模型包括饱和土体和其中埋置的三排混凝土方桩，群桩按照梅花形均匀布置，方桩边长b；桩间距s；桩长l；桩深H；排桩间间距d；桩数NS。3.根据权利要求1所述的一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，其特征在于，步骤二所述构造自由波场：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；φk(k＝1,2)为P1和P2波的势函数；ψ为S波的势函数；χk是由Biot理论控制方程确定的多孔弹性常数；自由场的应力和孔压pff可由Biot理论获得式中：为自由场的应力；pff为孔隙水压力；μ、λ为土体骨架的Lame常数；α、M为表示土颗粒和孔隙流体压缩性的参数(0≤α≤1，0≤M<∞)；是拉普拉斯算子；4.根据权利要求1所述的一种饱和土层中非连续群桩隔振模拟方法，其特征在于，步骤二所述构造散射波场：散射场由饱和土模型中桩的存在而产生，多孔弹性场中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中宪，符瞻远，王治坤，张雪，张征，贺晨蕊，孙晓剑，邢哲斌，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12