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原文传递埋入式桩板路基粗颗粒夹层结构应力波传播特性研究

论文题名：	埋入式桩板路基粗颗粒夹层结构应力波传播特性研究
关键词：	高速铁路;埋入式桩板式路基;粗颗粒夹层;应力波;传播特性
摘要：	随着高速铁路的不断发展，为保证高速行车的安全性、舒适性，需要路基结构提供平稳的轨下基础。在某些深厚软弱土地区为满足工后沉降及高速列车的行车要求提出了埋入式桩板路基，埋入式桩板路基是一个多层次复杂结构，桩板结构嵌入地基并承载级配碎石层在内的上部荷载，级配碎石层介于轨道结构与桩板结构之间，形成“上刚-中柔-下刚”的结构体系。列车荷载产生的应力波在向下传递的过程中会在轨道板与板梁间发生反射，增加了夹层结构受力状态的复杂性。因此，埋入式桩板结构路基中粗颗粒是一个软弱夹层，考察应力波在软弱夹层体系的传播特性及动力相互作用机理十分必要。　　本文将轨道板底座、承台板看作弹性或粘弹性介质，粗颗粒夹层结构等效为Biot饱和多孔介质，通过弹性波动方程理论和Biot波动理论分析，引入各波型的位移势函数，推导了应力波在弹性介质和饱和多孔介质中的传播控制方程，并且根据交界面上的连续性条件，求解出了应力波在粗颗粒夹层结构的上下交界面的反射与透射系数。针对问题求解的复杂性，借助Matlab编程构建了相应的计算程序，通过数值算例，分析了激振频率、夹层厚度、入射角、渗透率对反射和透射系数的影响，探讨了应力波在夹层结构体系中的传播特性及能量衰减规律，提出了一些有见解的规律和结论。最后基于Comsol有限元分析特定条件下的反射与透射系数验证了该计算程序的正确性。本文的主要研究成果如下: 　　(1)调研了应力波在多孔介质中传播的理论及方法，介绍埋式桩板结构中粗颗粒夹层结构的受力特性及其复杂性，指出应力波在粗颗粒夹层结构传播的科学问题，为本文的研究奠定了基础。　　(2)弹性贪质中P波和SV波的波速不随频率变化，在粘弹性介质中波速具有频散特性。利用Biot饱和多孔介质波动理论，采用斯托克斯—亥姆霍兹分解定理求解出饱和多孔介质中快P波、慢P波和剪切波控制方程三种耦合波并推导出体波的特征方程及其液固相的振幅比。通过数值算例，研究了孔隙度和频率对饱和多孔介质中体波传播特性的影响，计算结果表明，由于液相的存在，不同体波的传播特性受到显著变化。　　(3)构建了轨道板底座—粗颗粒夹层—承台板全频域分析模型，求解出了饱和多孔介质交界面上的反射与透射系数矩阵方程。通过数值算例系统研究了反射和透射系数的影响因素，结果表明，夹层厚度和孔隙度影响粗颗粒夹层结构的固有频率从而反射和透射系数呈现周期性变化，在高频激振频率下，应力波通过夹层结构后，能量震荡衰减严重;由于夹层结构能量的耗散，不同入射角时应力波在交界面不存在临界角，对波型的转换产生显著影响;在夹层结构中，能量的衰减主要由骨架结构的耗散和流体的粘性损失引起，渗透率在高频下才会对反射系数产生影响，在低频下影响不显著，而固相骨架中能量的耗散严重影响着剪切波的传播。
作者：	刘宝
专业：	道路与铁道工程
导师：	苏谦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文