考虑地下水位影响时桩的纵向振动特性研究

基于Bishop有效应力公式、单相流固结理论以及阻抗函数递推方法,研究考虑地下水位影响时双层土中桩的纵向振动特性。利用拉氏变换,在频域中求得桩顶复刚度和导纳函数的解析解。利用傅里叶逆变换,得到瞬态半正弦脉冲荷载作用下桩顶速度时域响应的半解析解。通过数值计算,分析地下水位深度变化、上层非饱和土体饱和度变化对桩振动特性的影响。结果表明,地下水位埋深及上层非饱和土体饱和度对桩顶复刚度及导纳有一定的影响,而对延时较短的桩顶速度时域响应影响很小。因此,在桩的完整性测试中可以忽略地下水位的影响。     

双向非均质土中基于连续介质模型的桩动力响应特性分析

在三维轴对称条件下,基于连续介质模型进行纵、径双向非均质土中桩的纵向动力特性研究。首先,根据桩周土体的纵向成层性和桩身截面性质,沿纵向划分多层,再对纵向每一层沿径向划分足够多圈层,每圈层视为均质土。然后建立每圈层土体的三维波动方程和每段桩身动力平衡方程,结合边界条件以及连续接触条件,从径向最外侧到最内侧、纵向最底层到最顶层依次进行桩-土耦合动力方程求解。最终利用阻抗递推法得到纵径双向非均质土中桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解。通过所得解进一步研究各种纵径向非均质工况,得到相应的桩-土耦合振动特性。     

考虑土体真三维波动效应时桩的振动理论及对近似理论的校核

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体径向和竖向位移,对完整端承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,将土体动力平衡方程解耦并求解,得到土层的振动模态形式和阻抗因子;然后利用该解以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到桩的频域响应解析解,进而得到土层局部复刚度和桩顶复刚度。从土层阻抗因子、土层局部复刚度和桩顶复刚度3方面,将所得解与平面应变解和其他忽略土体径向位移的简化解在主要影响参数变化情况下进行比较,研究表明,不同解在硬土、细长桩并处于低频时有较大差别,随激振频率的提高,它们将趋于一致。     

滞回阻尼土中大直径管桩纵向振动响应解析解

考虑土体材料的滞回阻尼和桩周土–桩–桩芯土耦合振动,对黏弹性地基中现浇大直径管桩纵向振动频域特性进行理论研究。假定桩为一维杆,土体为轴对称均匀黏弹性体。采用Laplace变换和分离变量的方法求得桩周土和桩芯土纵向位移频域解,然后利用桩土位移和应力连续耦合条件求得桩顶频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,验证解析解的合理性。分析桩长、土体剪切模量和桩径对桩顶复刚度的影响,得到各参数对桩振动特性影响的规律。分析表明:桩长增大,桩顶复刚度的振荡幅值和共振频率均显著减小,但当桩长增大到一定桩长的时候,增加桩长基本没有影响。土体剪切模量越大,桩顶复刚度的振荡幅度越小,且桩周土剪切模量的影响比桩芯土更为显著。外径的增大或内径的减小,均会使桩顶复刚度的振荡幅值增大。     

基于平面应变假定基桩振动理论适用性研究

利用拉普拉斯变换对严格考虑桩土纵向耦合振动条件的,桩顶受到任意激振力作用的端承桩桩顶频域及时域响应进行解析求解,推导求得了桩顶位移、速度频域响应、桩顶复阻抗的解析表达和半正弦脉冲激励作用下的桩顶时域响应半解析解;将所得严格解与基于平面应变假定的桩基纵向振动理论频域和时域理论解进行对比研究,具体比较范围涉及土层对桩的局部复阻抗、桩顶幅频响应、速度导纳、桩顶复刚度和桩顶时域响应等方面,并得到若干重要结论。研究成果可为平面应变假定的合理运用,以及进一步明晰桩土耦合振动的内在机理提供理论支持。     

成层土中粘弹性变截面桩纵向振动分析及应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试，建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性变截面桩与多层土共同作用的数学模型，并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解，然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解。最后，采用数值模拟分析了桩周土层和桩身截面变化位置相同和不同两种情况下，桩周土参数的变化对桩顶速度响应的影响，同时还分析了桩身阻尼的变化对桩顶速度响应的影响。     

桩底沉渣对桩的纵向振动特性影响研究及应用

在桩底有限土层采用虚土桩模型情况下,对桩底沉渣对非均质土中桩的动力特性的影响进行了研究。首先,将桩端正下方土体模拟为与桩端完全接触的虚土桩模型;然后,对桩侧土采用多圈层平面应变模型,并考虑其径向非均匀性,利用剪切复刚度传递的方法,递推得到了桩侧土作用在桩身的剪切复刚度,结合得到的剪切复刚度,利用阻抗函数递推方法,递推得到虚土桩顶部纵向振动复刚度,将其作为实际桩底的支撑刚度,求解桩顶频域和时域动力响应函数表达式;分析了桩底沉渣特性对桩的纵向振动特性的影响,得到了桩底沉渣对桩基纵向振动响应影响的规律性。最后,利用本文解对工程桩低应变反射波法实测曲线进行了反演拟合分析。     

基于复刚度传递多圈层平面应变模型的桩动力响应研究

在考虑土体非线性情况下,对桩动力特性进行研究.首先,假设土体为黏弹性体,把土体沿径向分为多个圈层考虑土体的非线性,利用平面应变土体模型,结合边界条件对各圈层土体从外至内通过复刚度传递,求得土体与桩接触面上的复刚度,进而推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩振动方程的频域表达式,随后求解得到桩顶的阻抗函数和频率响应函数;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应;最后,分别对多工况条件下桩顶动力响应进行比较分析,得到由于施工效应影响所导致的桩周土参数变化对桩顶频域和时域响应的影响情况,为采用桩基础的各类工程的抗震设计和桩的完整性检测工作提供新的理论依据.     

考虑土体三维波动效应时黏性阻尼土中桩的纵向振动特性及其应用研究

从三维轴对称土体模型出发,考虑土体三维波动效应,对黏弹性支承桩在任意竖向激振力作用下与土体的耦合作用特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、等截面体,土为线性黏弹性体,其材料阻尼为黏性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转换到拉普拉斯域内求解。通过引入势函数,将土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程进行解耦,求解得到土体的振动模态形式,再利用该解,以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到拉普拉斯域内桩的位移函数解析解,进而可得到桩顶速度导纳函数解析解,采用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对速度导纳曲线和速度反射波曲线进行了量纲一的参数讨论,以揭示桩的纵向振动特性,为基桩动测提供理论和实践上的指导。     

考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性及其应用

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩的支承作用,通过径向圈层间的剪切复刚度传递,考虑施工扰动造成的桩周土的径向非均质性;然后,将桩与虚土桩假设为Rayleigh-Love杆,建立其纵向振动控制方程,通过Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解,并通过Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;在此基础上,通过参数分析的方法,研究横向惯性效应对大直径桩纵向振动特性的影响以及与桩–土参数之间的关系;最后,将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,验证了本文解的合理性。     

考虑土体三维波动效应的现浇大直径管桩纵向振动

考虑土体三维波动效应和桩-土耦合振动,把桩看作一维杆,把土体看作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇大直径管桩纵向振动频域特性进行了理论研究。首先通过引入势函数对土体振动方程解耦,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩周土及桩芯土频域响应解析解,进而利用桩土完全耦合的条件得到桩振动响应解。将所得解完全退化到实心桩的解,验证了解析解的合理性,并与未考虑三维效应的简化解对比。分析了桩底刚度系数、桩长以及桩径等对桩顶复阻抗的影响,得到了各参数对桩振动特性影响的规律。分析表明：桩底刚度系数增大,共振频率增大,且复阻抗的振荡幅值增大。无桩芯土时复阻抗的振荡幅值比桩周桩芯土都存在时大,无桩周土时复阻抗的振荡幅值比无桩芯土时大。桩长增大,桩顶复阻抗的振荡幅值和共振频率均显著减小,当桩长增大到一定长度的时候,增加桩长对桩顶复阻抗基本没有影响。外径增大或内径减小,桩顶复阻抗的振荡幅值增大。     

扭转波应用于低应变动力测桩的理论研究

给出层状土中多缺陷桩在桩顶冲击扭矩作用下桩顶扭转响应的解。考虑了桩土相互作用。应用Laplace变换和传递矩阵 ,解桩的满足初始条件和边界条件的一组偏微分方程 ,导出桩土系统的传递函数 ,得到桩顶某点扭转振动速度的频率响应函数和频率域表达式。该点扭转振动速度时程由快速Fourier逆变换计算。用这种解研究桩的扭转波特征 ,其结论对应用扭转波进行低应变动力测桩有指导意义     

饱和黏弹性土中单桩的纵向振动

基于Biot两相介质模型,在频率域内研究了简谐荷载作用下饱和黏弹性土中桩纵向耦合振动特性。借助Novak平面应变模型推导了饱和黏弹性土层的控制方程。将桩等效为一维杆件模型,建立了桩的振动方程。根据桩土连续性条件,求得了桩顶的动力刚度和动力阻尼。与Novak解进行了对比,并考察了长径比、流固相互作用系数、土骨架的阻尼比、桩土模量比等参数对饱和土桩系统纵向振动的影响。结果表明:单相和饱和黏弹性土中桩的动力特性存在一定差异;随着长径比的增加,动刚度因子和等效阻尼的共振效应明显减弱;而随着模量比的增加,共振效应和基频都有所增大;流固相互作用系数和土骨架的阻尼比影响相对较小。     

饱和土中大直径缺陷桩水平振动响应研究

为了研究成层饱和土中存在缺陷的大直径灌注桩的水平振动响应问题,基于Boit理论和严格的平面应变假设建立缺陷桩-饱和土横向耦合振动简化模型。引入势函数并利用算子分解法、分离变量法得到桩周饱和土对桩的水平作用力,再利用桩土接触面耦合条件及刚度矩阵传递法得到桩顶复阻抗;最后,通过模型对比与退化对比验证本文解的合理性。研究结果表明:(1)扩径对提高桩顶复阻抗起到的作用相对较小,但是缩径的出现将明显降低桩顶复阻抗;(2)桩顶动刚度和动阻尼对桩身缺陷大小和长度的敏感度不同,动刚度较动阻尼更为敏感;(3)桩顶附近缩径缺陷会导致桩顶复阻抗显著降低,而桩中部和端部附近缩径缺陷对桩顶复阻抗的影响相对较小。     

基于附加质量模型的管桩扭转振动研究

基于附加质量模型研究了管桩的扭转振动特性,为管桩的无损检测、动力基础设计和抗震设计提供了新的理论依据。首先,推导出管桩桩顶复刚度和速度频域响应解析解及半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解;然后将该文解与经典的平面应变解进行对比,验证本文解的合理性;最后分析土塞高度和土塞与管桩之间的阻尼作用对管桩扭转振动特性的影响。分析表明:土塞高度和土塞与管桩之间的阻尼作用是影响管桩扭转复刚度的重要因素;随着土塞高度的增加和土塞与管桩之间阻尼作用的增强,填充土塞段管桩的扭转综合波速会逐渐减小。     

非饱和土半空间中单桩竖向振动特性研究

从三维轴对称的非饱和土波动方程出发,考虑土中基质吸力对剪切模量的影响,对端承桩在纵向简谐荷载作用下桩土耦合振动特性进行了研究。利用算子分解和分离变量法直接对耦合方程进行解耦,在求得非饱和土层振动模态形式和阻抗因子的基础上,结合桩土界面处的衔接条件以及桩端刚性支承形式,对桩的一维波动方程进行求解,得到了桩顶复刚度函数、土层阻抗因子的频域形式解答,并讨论了主要参数对桩基动力行为的影响。计算结果表明：随着饱和度的减小,桩顶动刚度因子和等效阻尼的振幅随之减小,但桩土体系的共振频率则基本不受其影响。在桩土模量比的分析中,应区别对待土和桩弹性模量引起的不同反应。模型揭示了土体动力响应从单相到饱和两相介质条件下的完整演化过程,为描述实际土体环境下桩基动力行为提供了较为完备的理论框架。     

单层饱和土中桩竖向振动简化模型及其解析解

建立单层饱和土中桩竖向振动的简化模型,基于Biot理论和一维杆件理论,利用势函数分解方法对桩土系统解耦,获得桩土完全接触条件下桩土耦合振动的频域解析解的显式表达,分析桩竖向振动特性的主要影响因素。将提出的简化模型解与饱和半空间中桩振动的积分方程解进行对比,讨论桩底支承刚度的取值。该解析解与边界元解的对比以及退化为单相介质后与单相介质有限元解的对比,均表明其具有较高的精度,可以满足工程要求。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。