考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动特性研究

假设桩周土层为均质线性粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,桩为竖直弹性均匀圆形截面桩,从三维轴对称角度,对考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动桩顶频域振动特性进行了理论研究。利用拉普拉斯变换,首先通过对土层进行求解得到其振动扭转角位移形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了考虑桩土耦合作用时桩顶扭转频域响应函数的解析解。基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了对比和分析,并重点探讨了桩侧土粘性阻尼对桩顶响应的特殊影响,校验了基于平面应变假定桩基扭转振动理论解的精确性。     

桩与粘性阻尼土耦合扭转振动时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,从轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下弹性支承桩与土耦合扭转振动时的桩顶时域响应进行了理论研究,求得桩顶扭转角阻抗函数解析解,给出半正弦脉冲激振扭矩作用下桩顶速度时域响应半解析解.基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了分析,讨论了桩土耦合扭转振动条件下长径比、波速比、桩底支承条件等因素对桩顶时域响应的影响,探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响,得到若干新的结论.     

黏弹性地基中基于虚土桩模型的桩顶纵向振动阻抗研究

基于虚土桩模型,对均质粘弹性地基中桩土纵向耦合振动问题进行了研究。首先,假定桩侧土为各向同性的线性粘弹性材料,并考虑土体的竖向波动效应,结合Euler-Bernoulli杆件理论,建立了桩土纵向耦合振动的定解问题;其次,采用分离变量法求解桩侧土纵向振动的控制方程,得到了桩侧土与桩身接触面上的剪切动刚度,将所得的剪切动刚度代入到桩身振动控制方程,采用Laplace变换技术,进一步求得了任意荷载作用下桩顶纵向振动阻抗的解析解。基于所得解,详细讨论了不同桩身设计参数时桩端土厚度对桩顶纵向振动阻抗的影响。最后,将虚土桩模型与其他桩端土支承模型进行了对比研究,结果表明,对虚土桩模型选用合适的材料参数和桩端土厚度,其得到的桩端支承复刚度值介于现有多种模型的计算值之间。     

层状粘性土及砂土地基中静力压桩连续贯入的数值模拟

总结分析了软硬交互层状土中静压桩沉桩阻力的变化规律。为了使ABAQUS模拟层状土地基,特别是既有粘性土层又有砂土层的层状地基中静压桩贯入,分段采用不同本构关系模型,即在粘性土层中采用修正剑桥模型,砂土层中采用扩展D-P模型。同时,采用多项措施对层状土地基土体初始应力进行平衡。结合工程实例,模拟计算了不同土层性质差异明显、软土中有硬土夹层的层状土中静压桩连续贯入过程,得出了贯入过程中沉桩阻力随深度变化曲线,反映了通过硬土层时桩周应力和沉桩阻力的突变现象,与实测资料较吻合。研究结果有助于静压桩沉桩可能性分析以及挤土效应分析。     

成层地基中桩顶导纳曲线的特性研究

本文在分析桩－土动力相互作用的基础上，给出了成层地基中桩顶导纳曲线的理论计算方法，并对桩的长径比，桩身强度，桩侧及桩尖土的力学特性等参数对导纳曲线的影响进行了探讨，得到了一些与均匀地基下不同的规律，这些结论对实际桩基检测具有一定的指导意义。     

振动沉桩过程的动力学仿真分析

振动沉桩过程是一个非常复杂的过程,其复杂性源于土的动力性能和桩－土接触面的动力接触行为。应用Ｄ－Ｐ准则,借助ＡＮＳＹＳ软件,建立桩－土系统有限元模型,选取合适的桩－土系统参数,并得出在该参数下的桩位移曲线。改变激振力振幅、频率及土的内摩擦角、粘结力和压缩模量等参数值,得出相应参数下的桩位移曲线。通过对比原参数下的桩位移曲线与改变参数后的桩位移曲线,得出激振力幅值、频率以及土的刚度和阻尼对沉桩速度和沉桩量的影响。     

水泥土桩加固不同干密度液化土孔隙水压力分析

该文通过室内模拟地震荷载,对水泥土桩加固不同干密度液化土进行振动台试验,得出不同干密度条件的未加固或加固地基土在相同埋深处的孔隙水压力变化规律,探讨水泥土桩在不同干密度条件下抗液化效果,揭示出水泥土桩加固液化土复合地基的排水效果不明显,抗液化性能不佳,提示在工程应用中要慎重选择。     

桩与粘性阻尼土耦合纵向振动时桩顶时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体，土材料阻尼为粘性阻尼，从轴对称角度，对任意激振力作用下弹性支承桩与土耦合纵向振动时的桩顶时域响应进行了理论研究，求得桩顶位移阻抗函数解析解，给出半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩土系统的振动特性进行了分析，重点探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响，得到若干新的结论，最后将理论解与现场工程桩实测曲线进行了拟合对比，表明本文理论结果能够更好地反映客观实际。     

竖向地震作用下饱和土-桩体系的耦合动力响应研究

为揭示竖向地震荷载作用下桩土系统的耦合动力特性，首先将基桩视为具有径向和竖向变形的三维轴对称杆件，采用Hamilton变分原理建立其运动方程，而桩周土体视为充满流体的三维多孔连续介质，采用Boer多孔弹性介质模型描述其动力学行为。在不引入势函数的情况下，先将土骨架的体积应变和孔隙流体压力作为中间变量处理土体运动方程，然后采用分离变量法求解土体和基桩的运动方程，进而结合桩-土系统的边界和连续条件，推导得到桩顶的运动放大系数和运动响应因子解析解。通过与相应有限元模型数值计算结果及已有解的比较，验证所提出解的正确性。最后分析桩土主要参数对桩土耦合系统动力特性的影响，得到了一些有意义的结论，可为相关工程实践提供参考。研究结果表明：当桩长径比较小时，基桩的径向变形对饱和土-桩系统的动力响应存在显著影响，忽略基桩的径向变形，将高估桩土系统的共振行为；对于单相土而言，在低频阶段，桩顶响应相对于自由场表面响应偏小，在高频阶段，其随着桩长径比的增大而偏大。桩土系统的共振行为发生于激振频率接近于土体自由场的自振频率。随着桩长径比的增大，桩土系统对基岩运动的放大效应呈增大趋势；对于饱和土而言，饱和土层表面的...     

径向软化成层土中单桩风机水平振动特性研究

基于多圈层平面应变土体水平振动模型,得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上,建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型,利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵,采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中,对桩周土径向软化对风、波浪荷载作用下单桩风机水平动力响应的影响进行研究。结果表明:桩周土软化对桩顶动刚度影响显著,当土体模量衰减系数为0.25时,与均质土相比桩顶水平刚度降低28.66%;随桩周土模量衰减系数的减小,与均质土相比风机系统的1阶和2阶自振频率分别降低13.08%和16.67%;风机塔顶位移、转角的时程和谱响应表明桩周土土体模量衰减系数为0.25时,塔顶位移和转角的方差与均质土分别相差2.68%和1.37%,位移和转角响应谱峰值约为均质土的2.77倍和2.69倍。     

任意层地基中粘弹性楔形桩纵向振动响应研究

考虑楔形桩的横向惯性效应,研究了任意层地基中粘弹性楔形桩的纵向振动问题。首先,根据楔形桩的变截面特性并考虑桩侧土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个单元。然后,采用平面应变模型模拟桩侧土,采用Rayleigh-Love杆模拟楔形桩,运用Laplace变换技术和阻抗函数传递方法,求解得到了任意层地基中桩顶速度频域响应的解析解及桩顶速度时域响应的半解析解。最后,采用参数分析方法,对楔形桩单元划分精度进行了讨论,并讨论了楔形桩设计参数及材料参数和桩侧土成层性对楔形桩纵向振动响应的影响。     

饱和土中桩竖向振动响应分析

基于Biot动力固结方程,研究了三维轴对称条件下饱和土中端承桩竖向耦合振动问题。首先对固结方程进行变形,通过算子分解法和分离变量法得到土体体积应变和空隙水压力的解,进而求得饱和土层竖向振动的解析表达式,然后联系桩土耦合条件,得到桩土系统的定解。通过与李强解对比,发现两解基本一致。对桩顶阻抗进行参数分析,得到一些有益的结论。     

基于量化,非量化信息的单桩限承载力预测新探索

由于桩土系统性质的复杂性,传统的预测单桩极限状态的方法存在巨大的困难,本文提出了量化、非量化信息组合预测的思想,并对如何充分利用桩土系统的量化和非量化信息,如何将二者有机结合,相互取长补短,以提高单桩极限承载力预测的科学性和准确性,进行了有益的探索。试验结构证实,提高了预测精度。     

布谷孜大桥地基与基础地震反应分析

本文对布谷孜大桥桩，土，上部结构的共同作用进行地震反应分析，对自由场体系在基岩处输入天津宁河波，分别按７，８，９度抗震设防，分析了各层土的地震响应，考虑桩，土，上部结构共同作用，采用二维和三维模型，分别按７，８，９度抗震设施，分析了桩，土，上部结构的地震响应，并对不同桩长及土体加固进行了计算与分析。     

双向增强体复合地基桩土应力比计算

针对竖向增强体-水平增强体-桩间土的整体相互作用特点,将水平向加筋垫层视为具有一定刚度的板,竖向桩体及桩间土简化为刚度不同的弹簧系列。以单个竖向桩体影响范围内的复合地基作为典型单元体进行分析,基于Winkler弹性地基圆板理论推导出水平加筋体的挠曲函数表达式,导出双向增强体复合地基桩土应力比计算式。最后对某工程算例进行计算分析,对路堤荷载大小、工后沉降值、面积置换率、桩土刚度比进行了参数研究,并探讨了桩土应力比随其主要影响因素的变化规律,计算与实测结果吻合较好。     

SH波作用下液化土中桩-土-上部结构的动力相互作用

以桩-土相互作用的Winkler模型为基础,将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为刚性质量块,研究了桩基底土体承受垂直入射简谐SH波作用的液化土层中桩-土-上部结构系统的动力特性。考虑土体的自由场位移以及上部结构质量、转动惯量和桩轴向压力的二阶效应,建立了液化土层中单桩-土-刚性上部结构系统的边值问题,并利用分离变量法得到桩变形的解析解。在验证理论模型和解析解合理性和有效性的基础上,分析了几何和物理参数等对桩头位移放大因子和动力放大因子的影响,研究结果表明:单桩-土-上部刚性结构系统存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头位移放大因子影响显著。随着土体液化程度的发展,单桩-土-刚性上部结构系统基频、桩头动力放大因子和桩失稳临界荷载逐渐减小。     

横观各向同性饱和土中单桩竖向振动的简化模型求解

基于饱和多孔介质理论,将土体视为横观各向同性饱和两相介质,利用分离变量法求解了横观各向同性饱和土层的竖向振动,在此基础上建立横观各向同性饱和土中单桩竖向振动的控制方程,借助桩端边界条件和三角函数的正交性对桩竖向振动问题进行了求解,并分析了相关参数对竖向振动的影响。研究表明:桩-土系统存在共振现象,复刚度的变化受激振频率的影响较大;在高频和低频时,各向异性参数对动刚度的影响不同,各向异性参数越大,复刚度的峰值越小。     

低应变动测曲线反演桩-土相互作用参数的试验研究

选用黄河砂、黄土作为桩侧土进行桩-土相互作用的室内试验研究,利用WaveRunner 44Xi示波器接收桩顶加速度数字信号,用回传射线矩阵法反演不同密实状态下桩侧土的阻尼系数和刚度系数。试验结果表明:土越密实,桩侧阻尼系数和刚度系数都会增大,密实度相对较小时,阻尼系数增大较快,密实度相对较大时,两者增大量相当。     

渡槽桩-土-槽墩相互作用模型模态实验研究

通过采用自制的传感器布设装置,把加速度传感器放入钢管桩内,采用子结构技术把结构分为两个子结构,对打入实际土层的钢管桩进行了横向位移模态的测试,同时,对槽墩也进行了模态测试实验。实验结果表明槽墩与桩有着相同的自振频率,并且组合形成了桩-槽墩系统振动模态。采用大型通用有限元软件ABAQUS进行了桩-槽墩系统的自振特性分析,有限元计算中对桩-土相互作用采用了简化模拟的方法,计算结果与试验结果基本吻合;并同刚性地基模型进行比较,其结果显示,在渡槽的设计中不能忽略桩-土相互的作用。     

桩—土系统稳态激励的响应分析

本文将桩的波动方程考虑为线性的，而将埋入土中一端的边界条件考虑为非线性的，用摄动法对稳态激励进行响应分析。求出了桩—土系统动力学方程的近似解析解，对桩基的无损检测和地震分析均有参考价值。