[發明專利]單相土層在埋置錨板荷載作用下的位移和應力的確定方法

有效

• 申請號: 202011273137.6
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112434410B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張石平;張軍輝;林晨;徐站
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14;G06F111/04
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了單相土層在埋置錨板荷載作用下的位移和應力的確定方法，建立埋置均布諧和荷載作用下的有限厚度彈性土層動力響應的力學模型，建立彈性土層的動力控制方程；求解彈性土層的動力控制方程，分別得到埋置垂直圓形均布荷載和水平圓形均布荷載作用下彈性土層的諧和響應形式定解，確定單相土層在埋置錨板荷載作用下的位移和應力。本發明單相土層在埋置錨板荷載作用下的位移和應力的確定方法考慮了土層厚度的影響，給出了均勻圓形分布的垂直和水平荷載作用下有限厚度土層的位移和應力的計算公式，解決了現有技術中有關有限厚度介質層對荷載動力響應只適用于介質層表面受力的情況、不能反映荷載作用于內部時的影響的問題。

技術領域

本發明屬于土體工程技術領域，涉及單相土層在埋置錨板荷載作用下的位移和應力的確定方法。

背景技術

在土木工程中，錨板是一種重要的工程基礎，通常埋置在土體中，為結構提供錨固力，與此同時，錨板也對周圍的土體產生作用力，使得土體產生位移和應力等響應。因此，在這樣的荷載作用下，土體的位移和應力的計算具有重要作用，這對于相關土體工程中錨板結構的設計和施工具有重要意義。

對于這類問題的計算，相關研究將土體考慮為單相彈性或粘彈性介質，對土層在外荷載作用下的動力響應進行了廣泛的研究。研究從點荷載、線荷載或局部荷載等表面荷載情況開始，這些荷載表征著某些系統的空間對稱性和簡化性。Lee(2014)、Yan(2016)、Jones(2017)、Liu and Pan(2018)、Andersen(2018)、You(2019)等學者研究了垂直表面荷載作用下單相彈性層狀半空間的動力響應問題。Paul(1976)、Halpern and Christiano(1986)、Puswewala and Rajapakse(1988)、Senjuntichai and Rajapakse(1994)、Jin andLiu(2001)、Feng(2018)等學者研究了多孔彈性半空間在垂直或徑向環形表面荷載作用下的軸對稱響應。

更普遍且對數學要求更高的情況是當介質受到埋置非對稱源作用時，這種情況一般用于介質與嵌入結構(如錨板、土工格柵加固、樁基礎、或管道埋置)在爆炸荷載或地震荷載等情況下的相互作用問題。例如，Khojasteh(2008)、Liu(2016)、Lin(2017)、Park andKaynia(2018)、Noori(2018)、Ai and Li(2014)、Ai(2019)等學者分析了單相層狀半空間在埋置豎向或水平荷載作用下的動力響應。Philippacopoulos(1997)、Jin and Liu(2001)、Zhou(2002)、Chen(2007)、Zheng(2013、2014)、Pooladi(2016)等學者研究了多孔彈性半空間介質在埋置點源或分布荷載作用下的動力響應。

在上述研究中，土介質均被認為是半無限空間體，當土層的厚度足夠大時這是合理的。但是在實際問題中，堅硬基巖上覆蓋著有限厚度土層的情況更為常見，在這個物理力學系統中，基巖邊界的存在導致了波動力學中的共振和截斷頻率現象等動力學行為。有限層狀介質和眾所周知的無限半空間在幾何和邊界條件上的顯著差異，顯然值得在設計和實踐中加以注意。

對于有限厚度介質層問題，Zheng(1987)研究了豎向集中諧和荷載作用下剛性地基上彈性層的動力響應。Chen(2005)給出了在粗糙不透水地基上橫觀各向同性土層在頂面均勻圓形壓力作用下軸對稱固結的半解析解。Kim(2011)提出了多層系統在靜載荷和動載荷作用下的一般粘彈性解答。近期，Yuan和Wang(2019)研究了表面張力對與剛性基底結合的彈性層的二維接觸問題的影響。然而，這些研究只適用于荷載作用于土層表面的情況，而不能反映荷載作用于內部時的影響，比如埋置錨板對周圍土體的作用，不能準確描述有限厚度介質層對土體內埋置荷載的應力和位移響應。

發明內容