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土的动力反应分析

2020-04-09 21:01

在动力作用下,对土体内部和外部各种反应量的分析。其目的在于确定土体受动力作用时各种反应量(位移、速度、加速度、应力、应变等)的大小及其随时间的变化过程。动力反应的大小,因土体的材料特性、质量分布和边界条件等一系列因素的影响而不同。动力反应分析的方法包括对运动体系的合理简化、土体运动时动力平衡方程式的建立以及方程式的求解。由于对以上3个问题的假定条件和处理方法不同,存在多种反应分析方法。当动荷载为地震荷载时,称为土体地震反应分析。土体地震反应分析有两方面的意义:①有助于地震动的分析。如从基岩地震动推算地表土层的地震动及其上建筑物的反应或表层土的地震动特性。或者反过来,从地表土层的地震动特性推算基岩的地震动。两者都有重要意义。②研究土体(例如地基、土坝等)本身的抗震性能。例如地基的液化分析、动强度分析等。

土的动力反应分析的对象是土,与结构的动力反应分析相比有3个特点:①土有明显的非线性。②土为多孔介质,孔隙中有水,水的存在使土的动力性质复杂化。③和结构尺寸相比,可以认为地基土体向下是没有边界的。因此,在土的动力反应分析中必须考虑到这种半无限空间的特性,从而产生了半无限空间、透射边界或几何扩散阻尼这样的问题。

关于土的动力反应分析方法,大多是考虑由基岩发生的剪切波通过土体向上传播到地面的作用。基于剪切波向上传播的土体的动力反应分析方法主要有如下3种:

(1)剪切梁法。把地基上的“土柱”看作是受剪切振动的“梁”,把土坝视为三角形楔体,通过弹性介质的剪切振动微分方程和边界条件,求出土体的动力反应。

(2)集中质量法。把土体看作是有限个集中质量的体系,然后按多质点体系进行反应分析,用结构动力学方法求出土体的动力反应。

(3)有限单元法。该法将土体视为有限多个单元组成的体系,采用结构动力学方法求解。与前两种方法相比,该法能够考虑复杂地形、土的非线性、黏弹塑性、土中孔隙水影响等。

考虑土体孔隙水对土动力性质的影响,土的动力反应分析方法还可划分为总应力分析法和有效应力分析法。有效应力法还可分为不排水有效应力法和排水有效应力法。

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