轨道交通环境振动土动力学

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 轨道交通环境振动问题 1
1.2 应力波传播的线弹性模型 2
1.2.1 线弹性与非线性弹塑性行为 3
1.2.2 均匀性与非均匀性材料 3
1.2.3 各向同性与各向异性材料 4
1.2.4 材料原位应力 5
1.3 轨道交通环境振动中的土动力学问题 5
1.4 地层动力参数的确定策略 6
1.5 本书主要内容 7
第2章 弹性动力学基本方程及振动波在土中的传播特性 8
2.1 弹性介质的动力学基本方程 8
2.1.1 几何方程（位移分量和应变分量的关系） 8
2.1.2 物理方程（应力分量和应变分量的关系） 10
2.1.3 应力分量和位移分量的关系 11
2.1.4 直角坐标系下的波动方程 11
2.1.5 柱坐标系下的波动方程 13
2.2 弹性波的类型 14
2.2.1 P波和S波 16
2.2.2 瑞利波 21
2.3 弹性体中波的反射与折射 26
2.4 弹性波的频散 28
2.5 土的阻尼与弹性波的衰减 31
2.5.1 材料阻尼 31
2.5.2 几何阻尼 35
第3章 均质各向同性弹性半空间的动力学问题 39
3.1 弹性半空间位移解的积分表达式 39
3.2 表面线荷载作用下弹性半空间动力学问题的求解 41
3.2.1 脉冲线荷载作用下半空间垂向位移积分式的求解 42
3.2.2 突然施加的常力线荷载作用下弹性半空间垂向位移的求解 50
3.3 表面条形均布荷载作用下弹性半空间动力学问题的求解 50
3.3.1 脉冲条形均布荷载作用下弹性半空间问题的求解 51
3.3.2 突然施加的条形均布荷载作用下弹性半空间问题的求解 55
3.4 表面垂向点荷载作用下弹性半空间动力学问题的求解 56
3.4.1 位移和应力的积分表达式推导 56
3.4.2 表面垂向位移积分式的求解 59
3.4.3 突然施加垂向点荷载时的动力解 61
3.5 几种常见荷载作用下弹性半空间的位移及对应的Green函数 64
第4章 水平分层弹性半空间的动力学问题 67
4.1 基于薄层法推导地基土振动的基本解 67
4.1.1 薄层法基本理论 67
4.1.2 分层地基土在波数-频率域内的基本解 71
4.1.3 分层地基土在波数-空间域内的基本解 77
4.2 基于分层传递矩阵法推导多层地基土的振动基本解 80
4.2.1 单层地基土的基本运动方程 80
4.2.2 分层土体上下表面振动的传递关系 82
4.2.3 表面垂向荷载下多层土体波数-频率域内的基本解 86
4.2.4 算例分析 87
4.3 理想匹配层的边界理论及其与薄层法的联合应用 90
4.3.1 理想匹配层边界理论 90
4.3.2 理想匹配层边界和薄层法的联合应用 92
4.3.3 TLM-PML方法的验证 94
第5章 移动荷载下土体动力问题的积分变换法求解 97
5.1 计算模型及其通解 97
5.1.1 计算模型与控制方程 97
5.1.2 方程通解 99
5.2 移动荷载作用在半空间内梁上时土体动力响应 106
5.2.1 模型建立与基本假设 106
5.2.2 方程通解 107
5.2.3 阻尼假设 109
5.2.4 等效刚度 109
5.2.5 移动常荷载作用下的动力响应 111
5.2.6 移动简谐荷载作用下的动力响应 114
5.3 移动荷载作用在成层半空间内梁上时土体动力响应 116
5.3.1 模型建立与基本假设 116
5.3.2 方程通解 117
5.3.3 等效刚度 117
5.3.4 移动常荷载作用下的动力响应 120
第6章 土体弹性动力学问题的数值解法 123
6.1 数值方法概述 123
6.2 弹性动力学问题的有限元法 125
6.2.1 有限元法分析的基本步骤 125
6.2.2 连续弹性体有限元模型 127
6.2.3 时域内求解有限元方程 131
6.2.4 频域内求解有限元方程 137
6.2.5 移动荷载作用下弹性体的稳态响应分析 138
6.2.6 人工边界条件 142
6.3 弹性动力学问题的边界元法 146
6.3.1 弹性动力学互易定理 146
6.3.2 Green函数的互易性 148
6.3.3 边界积分方程 150
6.3.4 边界元法在频域内的求解 154
6.3.5 边界元法在时域内的求解 156
6.4 有限元-边界元耦合法 157
6.4.1 有限元型耦合方法 158
6.4.2 边界元型耦合方法 159
6.5 弹性动力学问题的无限元法 160
6.5.1 映射单元 161
6.5.2 无限元单元刚度矩阵和质量矩阵 168
6.5.3 Abaqus软件中的无限元 169
6.6 有限元-无限元耦合法 171
第7章 土的本构关系及动力特性 174
7.1 土的动应变行为 174
7.2 土的动应力-应变关系 176
7.2.1 土的动应力-应变关系的基本特点 176
7.2.2 动剪切模量和等效阻尼比 178
7.3 应力-应变关系的力学模型 179
7.3.1 基本力学元件 180
7.3.2 基本组合模型 182
7.3.3 滞回曲线的描述 188
7.3.4 经典模型 190
第8章 地基土动参数的间接确定方法 193
8.1 基于指标参数的经验估计法 193
8.1.1 有效质量密度 193
8.1.2 波速和弹性剪切模量 194
8.1.3 非线性和材料损失因子 196
8.2 通过岩土原位触探试验间接确定 199
8.2.1 静力触探试验 199
8.2.2 标准贯入试验 200
第9章 地基土动参数的实验室测试方法 204
9.1 共振柱试验 205
9.1.1 基本原理 205
9.1.2 测试仪器 208
9.1.3 测试流程及试验结果 209
9.2 动三轴试验 211
9.3 振动剪切试验 216
9.3.1 循环单剪试验 216
9.3.2 扭剪试验 219
9.4 弯曲元试验 220
9.4.1 物理原理 221
9.4.2 分析方法 221
第10章 地基土动参数的现场测试方法 224
10.1 概述 224
10.2 地基土动参数现场测试的一般准则 224
10.3 地震折射波法 226
10.3.1 测试原理 226
10.3.2 测试方法 229
10.3.3 优缺点 229
10.4 单孔法 230
10.4.1 测试方法 230
10.4.2 测试原理 234
10.5 跨孔法 236
10.5.1 测试方法 236
10.5.2 测试原理 239
10.5.3 单孔法与跨孔法对比 239
10.6 表面波谱法 239
10.6.1 测试原理 241
10.6.2 测点布置要考虑的因素 243
10.6.3 数据筛选准则 244
10.6.4 测试影响因素 245
第11章 表面波谱法现场测试及地基土动参数的反演 247
11.1 弹性半空间介质自由表面瑞利波方程 247
11.2 均匀各向同性层状介质中瑞利波特性 249
11.3 表面波谱法现场测试和频散曲线的对比分析 254
11.3.1 试验概况 254
11.3.2 试验方法 257
11.3.3 现场实测频散曲线及有效性验证 258
11.4 瑞利波频散曲线及地基土动参数的反演 270
11.4.1 反演问题的数学模型 271
11.4.2 遗传算法 271
11.4.3 地基土动参数的反演 276
参考文献 283