›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (10): 2931-2938.doi: 10.16285/j.rsm.2017.10.021

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

双层非饱和地基中Rayleigh波的传播特性

章 敏1, 2,尚 微1,周忠超1,郭 诚1   

  1. 1. 太原理工大学 建筑与土木工程学院,山西 太原 030024; 2. 山西省交通科学研究院 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室,山西 太原 030006
  • 收稿日期:2015-12-29 出版日期:2017-10-10 发布日期:2018-06-05
  • 作者简介:章敏,男,1984年生,博士,讲师,主要从事桩基动力学方面的科研工作.
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51408393);山西省基础研究青年基金项目(No. 2015021112);黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室开放基金(No. KLTLR-Y13-20)。

Propagation characteristics of Rayleigh waves in double-layer unsaturated soils

ZHANG Min1, 2, SHANG Wei1, ZHOU Zhong-chao1, GUO Cheng1   

  1. 1. School of Architecture and Civil Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China; 2. Key Laboratory of Highway Construction & Maintenance Technology in Loess Region, Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030006, China
  • Received:2015-12-29 Online:2017-10-10 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51408393), the Shanxi Province Science Foundation for Youths (2015021112) and the Open Foundation of Key Lab of Highway Construction & Maintenance Technology in Loess Region (KLTLR-Y13-20).

摘要: 研究了双层非饱和地基中Rayleigh波(以下简称R波)的传播特性问题。首先将迂曲度引入孔隙流体的渗流连续性方程,对三相孔隙介质波动方程进行修正,接着采用体波的势函数之和构建各相介质的势函数,并借助Helmholtz分解,以及考虑土层边界条件和层间连续性条件,建立了R波的弥散特征方程,分析了饱和度、迂曲度和上覆土层厚度等参数与波速和衰减性的关系。结果表明,R波波速随饱和度的增加而线性减小;在渗透系数中间区段,则随着固有渗透系数? 的增大而增大;水力迂曲度?f对波速的影响主要体现在高频区段,而空气迂曲度?a的影响则非常有限;对于上软下硬地层,覆盖层厚度的增加将引起波速的减小,并逐渐趋于上覆土层本身的R波波速;且频率越高或表面层刚度越低,趋近速度越快。

关键词: 非饱和土, 表面层, Rayleigh波, 传播特性

Abstract: This article investigates the problem of Rayleigh (R) waves propagation in double unsaturated soils. Firstly, wave equations of three-phase porous medium are extended by introducing the tortuosity of fluid phases into the conservation of momentum, then decomposed with the aid of Helmholtz theorem and the sum of potential functions of body waves. The dispersion equations are established with the boundary condition and the continuities of soil layers. The influences of saturation degree, tortuosity and cover thickness on the velocity and attenuation are discussed. The results show that the R wave velocity decreases linearly with the saturation, and increases with the intrinsic permeability ? in the intermediate range. The influence of tortuosity of water phase on R wave velocity is significant in high frequency domain. The tortuosity of air phase is negligible. For a ground system of upper-soft and lower-hard layers, the R wave velocity becomes smaller for thicker surface layer, and approaches the velocity in overlaying soil, especially for high frequency or surface layer with low stiffness.

Key words: unsaturated soil, surface layer, Rayleigh wave, propagation characteristics

中图分类号: 

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