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。     

三维波动土中考虑桩身变截面与桩周土相互作用的大直径桩的动力特性

 采用Voigt体来模拟桩身变截面与土的相互作用,得到了三维波动土中考虑变截面与土相互作用的大直径桩–土作用模型。对桩身变截面处的应力平衡和应变连续条件进行拉普拉斯变换,得到修正的阻抗函数递推法。桩周土采用考虑径向和纵向波动的三维轴对称模型,桩身采用黏弹性Rayleigh-Love杆来考虑大直径桩的横向惯性效应。结合修正的阻抗函数递推法,通过求解桩土动力平衡方程得到了桩顶的速度频响的解析解和瞬态激振下速度时域响应的半解析解。通过参数分析,将所得解与忽略桩身变截面与土相互作用的解进行对比,并分析有关参数与变截面与土相互作用的耦合作用。     

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。     

基于轴对称连续介质模型的径向非均质土中大直径管桩纵向振动特性研究

基于Rayleigh-Love杆模型和三维连续介质模型,综合考虑土体竖向波动效应和桩身横向惯性效应,建立三维轴对称径向非均质黏性阻尼土–大直径管桩纵向振动相互作用分析模型;通过采用拉普拉斯变换和复刚度传递法,递推得到桩芯、桩侧土体与管桩内外壁接触界面处的关系表达式,并基于桩-土完全耦合条件推导出大直径管桩桩顶动力阻抗解析解;进一步利用傅里叶逆变换和卷积定理,求解出大直径管桩桩顶时域响应半解析解,将所得解析解退化并与已有解答进行对比分析,以验证其合理性。在此基础上,通过进一步参数化分析,探讨桩身泊松比、桩身波速、桩侧土施工扰动效应对大直径管桩动力响应特性的影响规律。结果表明：(1)随着桩身泊松比的增大,桩顶速度导纳曲线振幅和共振频率均减小,且反射波曲线出现明显的振荡现象。(2)桩顶速度导纳曲线和桩底反射信号的幅值随桩身波速的增大而增大。(3)考虑桩身横向惯性效应时,施工扰动效应对桩顶动力响应的影响更为显著。(4)通过将推导所得解退化并与已有相关解答解进行对比分析,验证了其合理性和精度,可为桩基纵向振动分析和设计提供参考。     

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。     

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。     

考虑挤土效应的大直径管桩纵向振动特性研究

基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型,研究考虑挤土效应时的大直径管桩纵向振动特性。首先,将桩周土及桩芯土沿径向分别划分为若干同心圆圈层,各圈层内部土体径向均质;然后,分别建立各圈层桩周土及桩芯土的纵向振动控制方程,求解方程并根据各相邻圈层及桩–土接触面上应力和位移的连续条件,递推得到桩周土–桩及桩芯土–桩之间的动力相互作用,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,进而求解得到桩顶频域响应解析解;最后,通过参数分析的方法,在低频范围内研究大直径管桩桩身设计参数及挤土效应对桩顶复阻抗的影响,并通过与已有文献的对比证明本文解的合理性。     

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。     

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。     

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。     

指数型变截面桩中的纵波

解析地研究了指数型变截面桩中的纵波。桩顶受到纵向冲击力作用,桩身为有限长均匀弹性圆杆,其半径按指数变化,桩周土剪切波速也按指数变化,并考虑桩土相互作用。由Laplace变换和逆变换,分别得到纵向振动的桩土系统的传递函数和脉冲响应。进一步得到桩顶纵向振动速度的频响函数、频域和时域表达式。研究了渐缩自由桩和渐扩自由桩的桩顶纵向振动速度时域曲线特征;研究了渐变截面桩的桩顶纵向振动速度时域曲线、振幅谱曲线和导纳曲线特征;结果表明:桩身截面的渐缩和渐扩都产生桩身反射波,这种桩身反射波是缓变化的,其大小与桩身截面渐变的程度正相关;桩身截面的渐变主要影响频域曲线的几个低阶共振峰。由参数研究及推出的理论公式揭示,桩中纵波的衰减取决于桩周顶部土剪切波速与桩身纵波波速比、桩长与桩顶直径比、桩周土密度与桩身密度比。     

饱和土剪切波速在基桩缺陷定量分析中的应用研究

在基桩缺陷定量分析中准确定量地描述桩土之间的相互作用是非常重要的。以黏滞阻尼器模拟桩土之间的相互作用,对6种饱和土进行了桩土相互作用模型试验和剪切波速试验。试验结果表明,可以对这些饱和土在土剪切波速与阻尼系数之间建立一致的相关关系。同样依据试验结果分析了试验阻尼系数和理论值的差别,得到了以剪切波速的函数表示的理论值修正系数。由桩身纵向振动响应解析解利用正交试验方法分析了阻尼系数、瞬态冲击力的脉冲宽度和幅值、桩弹性模量、桩密度、桩长以及桩截面积对速度波衰减过程的影响,确定了阻尼系数是影响速度波衰减的唯一显著因素,得到了速度波沿桩身的衰减规律。进而结合土剪切波速与阻尼系数之间的相关关系和桩身缺陷处的能量分配特性建立了利用土剪切波速和桩顶速度响应进行基桩缺陷定量分析的关系式。根据建立的关系式分析了利用剪切波速确定阻尼系数所带来的误差,结果证明由剪切波速最终得到的缺陷程度相对利用试验阻尼系数得到的结果误差一般在10%以内,所以利用剪切波速确定阻尼系数是可行的。     

夯实水泥土桩桩身完整性检测分析

采用低应变反射波法,对某工程所采用掺砂灰土桩的桩身完整性进行了检测分析,结果表明:其波形特征、波速变化、波幅衰减特性与桩身完整性相关,桩身材质均匀,密实度好的桩,波速高,反射波幅与入射波幅比高,反之亦小。     

土塞效应对管桩低应变测试视波速的影响研究

首先,基于附加质量模型建立了考虑环向波动效应的管桩纵向振动频域解析解,然后利用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲激振力作用下时域响应半解析解,最后,基于建立的理论模型,研究了土塞效应对管桩视波速的影响,为管桩的低应变无损检测提供更加精确的管桩测试波速计算理论。本文解的理论反演曲线分别与现有理论解的反演曲线、模型试验和现场试验测试曲线进行了比较,验证了本文解的合理性和计算精度。分析表明:土塞效应对管桩视波速的衰减作用随着管桩壁厚和纵波波速的减小而增强;土塞的存在会导致桩端反射信号幅值到达时间随着桩顶接收角度的变化而变化;土塞效应会增大桩端反射信号的宽度。     

沿桩顶径向的动测三维效应分析

 基桩动测问题的理论基础一维应力波理论只有在锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比足够大时才能近似成立，否则该问题实际上为应力波在柱体中传播的三维问题。基于应力波理论，考虑计算精度和效能，借助新型有限元分析系统COMSOL Multiphysics对基桩动测过程进行一维和三维动态仿真，对比分析两种模型计算结果异同，沿桩顶径向三维效应主要表现为不同部位速度响应不同且信号发生振荡，入射波存在延时，反射波到时也存在差别。结合野外实验较系统地研究这些三维效应随锤桩比、波长桩径比、长径比的变化规律，给出三维效应的动测规避方式。     

考虑桩身材料阻尼的桩基纵向振动积分变换解及其应用

 通过积分变换法,对考虑桩身材料阻尼条件下的桩基纵向振动问题进行求解,并得到了桩–土系统的传递函数以及脉冲响应函数。通过脉冲响应函数与外部激振函数在时域内卷积,可以得到任意激振条件下,桩顶位移(速度)响应的时域解析解,解决了分离变量法由于解法局限性只能对稳态正弦激振响应进行求解的不足,大大提升了解的适应性。并对工程测试中可能出现的测试信号高频干扰问题进行了波形分析,由于桩阻尼的存在,测试信号中的高频干扰成分所对应的响应会自动滤去,同时低频成分对应后继反射波趋于“宽扁”型。当桩阻尼较大时,反射波的起跳位置发生改变,不能作为一维弹性波速的测试依据。     

低应变瞬态荷载作用下基桩动力响应解析解

目前广泛采用的基桩低应变检测问题的理论基础是基于平截面假定的一维应力波理论。而实际上,锤击产生的应力波是三维应力波,不仅沿桩身纵向传播,还沿径向传播,对于基桩低应变检测问题平截面假定实际上是不成立的。此时,一维纵波传播问题转换为应力波沿三维柱体传播问题。文章从基桩三维理论出发,忽略桩土径向位移,考虑桩体中应力波沿纵向和径向传播与桩土的相互作用,建立三维条件下桩土系统瞬态振动计算模型,推导得到低应变瞬态荷载作用下基桩三维动力响应的解析解,以期为基桩低应变检测提供新的理论指导。     

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。