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粘性流体覆盖层下衬砌隧道在SH波作用下的散射分析
| 论文题名： | 粘性流体覆盖层下衬砌隧道在SH波作用下的散射分析 |
| 关键词： | 衬砌隧道;SH波;覆盖层;粘性流体;动应力集中 |
| 摘要： | 在全球经济飞速增长的背景下，经济发展对运输条件的需求也日益明显，越来越多的国家开始重视海底隧道的修建。在此背景下我国也是不断加快对海底隧道工程的投入和建设，然而我国是一个多地震的国家，强烈的地震会对海底隧道造成严重的破坏。由于海底隧道工程建设难度大，施工周期长，在我国基础设施的投资比重较高。因此，如何确保海洋工程结构在海底地震作用下的安全，成为海洋工程领域研究的热点之一。SH波作为地震波剪切分量的一种，会对大陆架及其衬砌隧道造成严重的剪切破坏。在过往研究中，弹性半空间及覆盖层中入射SH波对于衬砌隧道或圆形孔洞散射问题的求解理论和方法已逐渐成熟，但是对于海底隧道在SH波作用下散射问题的研究少之又少。本文模型中，海床基岩是由花岗岩组成的各向均匀的弹性固体，将海床附近的海水以及淤泥视为为粘性流体，那么SH波将会由海床基岩层传播到在粘性流体层中。因此，对SH波在粘性流体层中的散射研究十分必要。在研究中将弹性固体中SH波的散射问题与粘性流体边界中SH波的散射问题相结合，提供了一条全新的研究思路。 本文主要研究了粘性流体覆盖层下衬砌隧道在入射SH波作用下的动响应问题，当SH波由海底基岩层垂直入射到海水以及淤泥层时，会造成海底隧道衬砌内外壁的剪切破坏。在研究过程中将SH波的散射问题与SH波在粘性流体中的散射问题相结合，利用Navier-Stokes方程推导出粘性流体中散射波的表达形式。首先，运用复变函数法和大圆弧假定法给出了问题的散射波场和应力、应变表达形式，然后运用波函数展开法和Fourier积分变换构造无穷线性方程组，分别求解了粘性流体覆盖层下单圆形和双圆形衬砌隧道在SH波作用下的散射问题。讨论了SH波在垂直入射时入射频率、隧道埋深、衬砌材料类型、衬砌厚度以及双圆形隧道之间距离等因素对衬砌内外壁的动应力集中现象的影响，给出了海底隧道衬砌内外壁的散射现象以及动应力集中系数随频数变化的曲线图。 本章选用的模型对于实际工程应用具有一定的研究价值，为海底隧道工程在SH波作用下的散射问题研究提供了理论支撑。为后续研究海底隧道在衬砌脱胶、衬砌裂纹以及复合土层界面处存在衬砌或洞室等复杂情况下的散射问题打下基础，为实际工程施工提供理论参考。 |
| 作者： | 赵彦昌 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 齐辉;姚东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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