Основные факторы, определяющие эффективность вертикальных барьеров для снижения вибраций, распространяющихся в грунтовой среде

Abstract

Устройство вертикального барьера на пути распространения поверхностных волн в грунте в виде открытой или заполненной различными материалами траншеи считается эффективным направлением виброизоляции от действия взрывных, сейсмических, промышленных и транспортных вибродинамических воздействий. В данной работе на основе метода конечных элементов выполнено численное моделирование распространения динамических волн в грунте с устройством вертикального волнового барьера на пути их распространения. Грунтовая среда рассматривалась как пространственный упругий инерционный массив с заданным демпфированием колебаний по теории Рэлея, ограниченный неотражающими границами. Динамическая нагрузка задавалась в виде синусоиды. Изучалось изменение параметров колебаний поверхности за барьером в зависимости от материала последнего. Результаты расчетов представлены в безразмерных величинах для геометрических параметров барьера и его динамических свойств. Выявлено, что основным параметром, определяющим эффективность виброизоляции, является динамический модуль упругости материала барьера. Его увеличение или уменьшение по отношению к модулю упругости грунта приводит к снижению колебаний за барьером в направлении распространения динамических волн в грунте. Получены формулы, описывающие относительное снижение колебаний грунта за барьером в зависимости от коэффициента относительного снижения динамического модуля упругости материала барьера. Наиболее эффективным вариантом является композитная конструкция, состоящая из чередующихся слоев материалов с наибольшим и наименьшим по отношению к окружающему грунту динамическими модулями упругости. Снижение амплитуд колебаний грунта за барьером для данной композитной конструкции достигает 87,7 % при глубине барьера, равной длине волны Рэлея.