岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 612-622.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0659

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非饱和土中Rayleigh波传播的能量特性研究

周凤玺1, 2，姚桃岐1，柳鸿博3   

  1. 1. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 兰州理工大学 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃 兰州 730050； 3. 东南大学 土木工程学院，江苏 南京 211189
  • 收稿日期:2022-05-05 接受日期:2022-10-05 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-21
  • 作者简介:周凤玺，男，1979年生，博士，教授，主要从事岩土力学和复合材料结构力学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51978320，No. 11962016）；甘肃省基础研究创新群体（No.20JR5RA478）。

Energy characteristics of Rayleigh waves propagation in unsaturated soils

ZHOU Feng-xi1, 2, YAO Tao-qi1, LIU Hong-bo3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China; 2. Engineering Research Center of Disaster Mitigation in Civil Engineering of Ministry of Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China; 3. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 211189, China
  • Received:2022-05-05 Accepted:2022-10-05 Online:2023-11-16 Published:2023-11-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51978320, 11962016) and the Funds for Creative Research Groups of Gansu Province, China (20JR5RA478).

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摘要： 基于多孔介质理论以及连续介质力学，通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理，建立了非饱和土中平面Rayleigh波的弥散特征方程，利用数值算例分析了饱和度对波速、位移响应及能流分布的影响。结果表明：Rayleigh波主要反映压缩P1波和剪切波的特性，其速度、位移及能流分布均受饱和度的影响显著。Rayleigh波的传播速度和衰减呈频散特征，非饱和土体中饱和度的增大将引起位移幅值的显著降低，且随着饱和度的增大，Rayleigh波能量中剪切波分量会有所增加。

关键词: 非饱和土, Rayleigh波, 波速, 衰减系数, 能流分布

Abstract: Based on the theory of porous medium and continuum mechanics, the dispersion equation of Rayleigh waves in unsaturated soils are established using the mass balance equations, the momentum balance equations and the effective stress principle. The influence of the saturation on wave velocity, displacement response and energy flow distribution are studied by numerical examples. The results show that the characteristics of Rayleigh waves mainly reflects the characteristics of compressed P1 wave and shear wave, and its velocity, displacement and energy distribution are significantly affected by degree of saturation. The propagation velocity and attenuation of Rayleigh wave are dispersive, and the increase of the saturation in the unsaturated soil will cause a significant decrease of the displacement amplitude, as well as the shear wave component in the Rayleigh waves energy will increase with increasing the saturation.

Key words: unsaturated soil, Rayleigh wave, wave velocity, attenuation coefficient, energy distribution

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