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原文传递饱和土隧道的频域响应分析

论文题名：	饱和土隧道的频域响应分析
关键词：	饱和土-衬砌耦合系统;圆形隧道;多孔介质;微分求积单元法;频域响应;粘弹性理论
摘要：	隧道开挖后不可避免会对周围土体产生扰动，从而引起隧道的变形。一旦处理不当，可能引起隧道过大沉降、倾斜甚至坍塌，就会造成人员伤亡。为了保证隧道的安全，常用衬砌材料进行支护。因此研究土和衬砌的相互作用过程中的频率特征具有重要意义。本文分别研究了两种物理模型下圆形隧道饱和土-衬砌耦合系统的频域响应问题，即线性弹性饱和土-衬砌耦合系统与线性粘弹性饱和土-衬砌耦合系统。分析了饱和土隧道的频率特征，为隧道的设计提供了必要的理论依据和参考数据。　　在线性弹性饱和土-衬砌耦合系统中，首先，基于弹性理论和饱和多孔介质混合物理论，分别建立了频域内隧道耦合系统的控制方程，给出了耦合系统的边界条件以及饱和土和衬砌连接面上满足的连接条件。其次，发展了求解该耦合系统的微分求积单元法，利用发展的微分求积单元法，在频率域内对耦合系统的数学模型进行了离散，并利用Newton-Raphson迭代法得到了系统的数值解。最后，分析了圆形隧道饱和土-衬砌耦合系统的频域响应问题，考察了压力、固相体积分数和频率对耦合系统的影响，同时也验证了数值方法的有效性。　　在线性粘弹性饱和土-衬砌耦合系统中，基于粘弹性理论和饱和多孔介质理论，给出了频域内隧道耦合系统的控制方程，边界条件以及饱和土和衬砌连接面上满足的连接条件。其中，饱和土和衬砌的材料分别为粘弹性材料。然后，利用发展的微分求积单元法和Newton-Raphson迭代法得到了耦合系统的数值解。分析了耦合系统的频域响应问题，考察了频率、材料特性和透水率对耦合系统的影响。　　从研究结果中分析得到，本文中利用和发展的微分求积单元法是一种计算量少，精确度高，便于通过计算机编程实现的数值模拟方法，取较少节点就能得到良好收敛结果。同时，本文所采用的建模思路和数值模拟方法可以推广利用到类似工程问题中，为工程设计提供必要的分析手段。
作者：	王园园
专业：	计算机技术
导师：	朱媛媛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海师范大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文