饱和黏性土地基中现浇大直径管桩水平振动响应解析解

基于经典的平面应变假定,将土体假设为若干个相互独立的薄层,对饱和土地基中现浇大直径管桩水平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动力固结方程解耦,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,给出了桩顶复阻抗解析表达式。将本文解完全退化到实心桩的解与已有理论解对比,验证了本文解的合理性并阐明两解的区别。通过参数分析,得到了桩长以及桩半径等参数对复阻抗特性影响的规律。     

桩与滞回阻尼土相互作用时桩基扭转振动时域响应分析

考虑桩土相互作用效应,对均质滞回材料阻尼土中弹性支承桩桩顶扭转振动时域响应进行解析理论研究。首先建立桩与滞回阻尼土在谐和振动条件下的定解问题,然后先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体振动扭转角形式解,接着依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程,并通过对桩动力平衡方程的求解,最终得到桩顶扭转角和速度频率响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。通过与其他相关理论解的对比验证该解的正确性和适应性,并对桩土相互作用时桩顶扭转振动时域特性进行分析,重点探讨桩周土滞回阻尼、长径比、模量等常规参数对桩顶时域响应的影响,得到若干结论。     

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。     

薄壁管桩在均质土中的纵向振动研究

在弹性地基中,基于三维连续介质土模型,对均质土中薄壁管桩的纵向耦合振动特性进行了研究。通过建立管桩纵向振动方程,采用Laplace变化法,根据边界条件和初始条件,求解得出均质土中桩顶频域解析解和时域半解析解。然后进行了管桩壁厚、管桩的纵波波速、外半径等参数的改变对桩顶动力响应的影响分析,并用数值软件Matlab进行曲线拟合,得出各参数变化对管桩纵向振动影响规律。     

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。     

三维非均质土中粘弹性桩-土纵向耦合振动响应

在考虑土体三维非均质性情况下,对变截面粘弹性桩的动力特性进行研究.首先,结合边界条件,利用复刚度传递平面应变土体模型求得纵向不同性质桩侧土层的复刚度,进而对各段变截面桩身从下往上逐段推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩基振动的频域响应解析解;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应半解析解;最后,研...     

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。     

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。     

土塞效应对管桩纵向动力特性的影响研究

基于附加质量法,研究考虑土塞效应时成层地基中管桩的纵向振动问题。首先,根据桩侧土、桩端土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,并采用虚土桩法和附加质量法建立了桩土系统的纵向振动控制方程。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推法,推导得到了考虑土塞效应时管桩纵向振动的桩顶速度频域响应解析解和半正弦脉冲激振力作用下相应的桩顶速度时域响应半解析解。最后,分析了附加质量法中Voigt模型参数的敏感性区间,讨论了土塞效应对管桩纵向动力特性的影响规律,并通过模型试验验证了所提理论解的合理性。结果表明：①当附加质量法中的Voigt模型参数逐渐增大时,土塞与管桩之间的相互影响将逐渐增强;②在桩顶速度时域响应曲线上,土塞顶部界面位置处会出现类似扩颈桩段的反向反射信号;③由于土塞的存在,填充土塞桩段的综合波速会小于管桩材料的一维弹性纵波波速,且土塞高度越高,填充土塞桩段的综合波速越小。     

饱和土中大直径缺陷桩振动特性研究

为了研究成层饱和土中带缺陷的大直径灌注桩的振动特性,首先基于饱和多孔介质理论和平面应变理论建立饱和土中考虑施工效应影响的桩土纵向振动模型,利用剪切复刚度传递方法得到桩周土体对桩身的竖向作用;然后考虑桩身横向惯性效应,结合边界条件,利用阻抗函数传递方法得到桩顶复阻抗,利用傅里叶逆变换得到桩顶速度时域响应;接着通过与已有理论解和工程实测曲线进行拟合对比,证明本文解的合理性;最后对桩身缺陷特性、桩周土体性质等参数进行分析,结果显示:缺陷的大小、长度和位置、桩身横向惯性效应以及桩周土性质都会对低应变完整性检测结果产生较大影响。     

成层土中桩的纵向振动理论研究及应用

建立了成层土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩在任意激励力作用下的定解问题 ,并用拉氏(Laplace)变换和阻抗传递函数求得任意层土中桩顶速度和位移响应函数的解析表达式 ,然后利用卷积定理和付里叶 (Fourier)逆变换求得半正弦脉冲激振力作用下桩顶的速度时域响应的半解析解 (积分形式解 )。并就成层土中的桩侧和桩底土的特性的变化对桩纵向振动特性的影响作了进一步的研究。     

任意段变截面桩纵向振动的半解析解及应用

建立了均质土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩 ,在桩身存在任意段变截面时 ,桩顶受纵向激励情况下的定解问题 ,用拉氏变换 (Laplace)求得桩顶阻抗函数和速度频率响应函数 ,然后利用卷积定理和傅里叶 (Fourier)逆变换求得任意激振力作用下桩顶速度响应的半解析解 ,并对缩颈、扩颈等截面突变桩以及截面连续变化桩的振动特性作了进一步的研究。     

三维轴对称条件下基于虚土桩法的单桩纵向振动分析

虚土桩法是一种处理桩底支撑的新方法,该方法将桩体正下方投影到基岩的土体简化为虚土桩,求解时将其看作桩体。以桩轴心线为 Z 轴,建立轴对称坐标体系,通过虚土桩与土体的边界条件,求解得到虚土桩桩顶的复刚度。将该复刚度作为实体桩桩底的支撑刚度,结合实体桩与土体的边界条件,利用复阻抗传递法得到单桩桩顶的复刚度和速度响应函数。通过数值计算,分析了桩底土体的虚土桩长度、剪切波速及泊松比等参数对单桩动力响应的影响;对比了虚土桩法与其他不同桩底支承的异同,进一步评价了虚土桩法的优越性和合理性;结果表明,虚土桩法可以模拟弹（黏）性支撑和固定支撑,是一种较为严格的计算模型,具有进一步研究的价值。     

粘弹性桩纵向振动问题的积分变换解

建立了有限长粘弹性桩在桩侧和桩端土作用下 ,受纵向激励条件下的定解问题 ,并利用拉氏变换 (Laplace)求得在任意激振力作用下桩顶的位移和速度的传递函数 ,然后进行拉氏逆变换求得半正弦激振力作用下桩顶速度响应解析解 ,并就桩材阻尼对桩土系统的振动特性的影响作了进一步的研究。     

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     

敲击-回波法中传感器影响的LTI系统理论分析

利用一维波动方程对理想自由桩在桩顶受冲击力作用的动态过程进行数学仿真，用有限元法程序计算出桩顶处不考虑传感器的速度响应理论时程曲线，并由LTI系统卷积积分及傅立叶变换得出冲击力和速度响应的频域表示；根据LTI系统理论对考虑传感器特性的动态过程进行分析，得出速度响应的频域表示；将典型的传感器频率特性与不考虑传感器的理想自由桩的速度响应在频域进行数字合成，经傅立叶逆交换还原成含有传感器特性的速度响应时程曲线：调节冲击力脉宽，计算与同一传感器特性对应的速度响应，得出冲击力与传感器对速度响应的联合影响规律并举出实例进行验证；最后，提出一种新的变换域抑制法，使速度响应中的传感器特性影响有可能通过计算机程序来抑制。     

低应变反射波法测桩的轴对称问题数值计算

建立了更符合工程实际的桩土系统瞬态振动计算模型。利用有限差分法计算了完整桩在瞬态轴向激振力作用下的动力响应,比较分析了三维和一维桩顶轴向速度响应的差别。结果表明:相对激振半径、桩周土剪切波速也是影响三维效应的重要因素;传感器放在0.55R(R是桩的半径)处可以得到干扰较小的信号。绘制了不同时刻的波场图,直观地反映了波在桩中的传播规律。     

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。