层状地基中群桩的水平振动特性

采用动力Winkler地基模型模拟桩土之间的动力相互作用,并运用传递矩阵法考虑地基土的分层特性,提出了计算层状地基中单桩和群桩动力阻抗函数的一种简化方法。在计算动力相互作用因子时考虑了“被动桩”与周围土体之间的相互作用。最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行了对比,同时与有关现场试验结果作了比较,验证了本文方法的有效性。     

水平地震作用下考虑轴向力作用的桩间动力相互作用因子

在N.Markris和G.Gazetas工作的基础上,考虑水平地震作用下桩受轴向力作用,利用梁的动力微分方程,求解桩间动力相互作用因子的简化计算方法。通过分析表明,在轴向力作用较大的情况下,动力相互作用因子的影响较为明显。在对所得结果与前人工作结果比较的基础上,提出考虑轴向力作用时的影响因素,包括桩土之间的弹性模量之比、无量纲频率及桩距等。算例表明,这一方法具有更可靠的计算精度。     

群桩刚性承台竖向动阻抗的简化计算

目前对群桩动阻抗研究的文献 ,始终局限在刚性承台底与土脱离的假设 ,而没有考虑实际存在的承台底与土接触的情况。文中在对群桩刚性承台动阻抗的求解过程中 ,首次考虑了承台底土与承台及群桩的动力相互作用。文中首先利用前期文献确定了单桩和单独刚性基础在均质弹性土中的竖向动阻抗 ,然后定义了桩 -土、土 -桩、土 -土动力相互作用因子的概念 ,并对诸动力相互作用因子作了理论推导及计算 ,进而建立了均匀介质中群桩竖向动力阻抗的简化计算方法。     

地震作用下群桩运动相互作用反应

利用传递矩阵理论方法全面描述了层状介质中单桩及群桩在遭受水平地震作用下的动力特征，并基于考虑轴力参与影响的单桩动力微分方程以及群桩动力分析简化三步过程不仅可导出基桩运动内力及变形，还可得到群桩—分层土系统中各桩间的运动相互作用效应，文中即表征为运动相互作用因子。     

竖向动荷载作用下端承型群桩动力相互作用解析解

基于平面应变假定,建立了考虑被动桩散射效应的桩–土–桩竖向耦合振动响应分析计算模型。依托该计算模型,首先求解土体控制方程,得到桩周土纵向位移表达式、桩周土纵向复阻抗以及土体位移衰减函数,然后基于严格的桩–土耦合作用,求解外荷载作用下的主动桩位移和由主动桩振动产生的被动桩位移,并求出由被动桩振动产生的主动桩位移,由此得到考虑被动桩散射效应的桩–桩动力相互作用因子。基于求得的修正桩–桩动力相互作用因子,建立考虑被动桩散射效应的群桩竖向动力刚度矩阵,结合桩帽性质及叠加原理,推导得到竖向动荷载作用下的群桩竖向动力响应解析解。基于所得解进行算例分析表明：退化解与已有文献解吻合很好,验证了解的合理性;被动桩的散射效应对小间距群桩的振动响应有不可忽视的影响;桩间距和桩长径比对桩–桩动力相互作用因子、群桩竖向动阻抗有显著影响。     

竖向力下各型群桩-层状土体的水平阻抗效应

提出了分层地基中考虑轴向力参与作用下群桩水平阻抗的分析方法,进一步揭示了群桩-土相互作用的振动特性,拓展了桩基阻抗简化法的应用范围。群桩动力反应不等同于其独立单桩的简单叠加,其频率阻抗曲线形状与桩数、竖向力、土层属性、桩间距有关,受布桩型式的影响最大,随桩距径比的增大群桩效应有衰减趋势;桩项轴力的存在使群桩水平反应与单一水平力作用时有明显差异,增大了群桩水平变位。     

地基阻抗力时域递归参数的计算方法及程序实现

基于笔者提出的考虑基础动力阻抗函数频率相关特性的地基阻抗力时域计算方法,对时域递归参数的拟合方法和所选系统稳定条件进行了研究,编制了阻抗力时域递归参数的计算程序。基于通用有限元软件和地基阻抗力时域差分形式,完成了考虑土–结构动力相互作用影响的结构时程分析程序二次开发。最后,通过数值算例验证了该方法的有效性,并初步讨论了土–结构相互作用系统动力响应分析中基础动力阻抗函数频率相关性的影响。     

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。     

层状介质中群桩竖向和摇摆动力阻抗的简化计算方法

采用动力文克尔地基梁模型,推导了层状介质中桩单元的形函数矩阵和单元刚度矩阵。提出了计算层状介质中动力相互作用因子的方法。利用桩的动力阻抗和动力相互作用因子,建立了计算层状介质中群桩竖向和摇摆动力阻抗的简化方法。文末给出了算例。     

Pasternak层状地基中群桩水平动力响应解析解答

基于Pasternak地基和Euler梁振动理论，提出了一种能考虑轴向荷载影响的单桩水平振动简化分析力学模型，建立了层状地基中桩-土耦合作用下单桩水平振动控制方程；采用微分变换的方法对方程解耦，进一步结合桩-土边界连续条件求出单桩水平位移、转角及内力解析解答。然后，考虑主动桩Ⅰ振动引起被动桩Ⅱ的动态位移，建立被动桩Ⅱ的水平振动控制方程，求解得到被动桩Ⅱ的响应解析解答，依据动力相互作用因子定义进一步求得桩-桩水平动力相互作用因子。最后，利用叠加原理求得群桩水平动力阻抗，并与已有相关解析解进行退化对比验证其合理性。在此基础上，通过参数化分析探讨了地基剪切系数、布桩类型、桩距径比、轴向特征参数对群桩水平阻抗以及桩顶反力分布、桩身内力分布的影响规律，可为实际工程群桩桩基设计提供理论指导和参考作用。     

层状地基中轴、横向荷载下桥梁基桩的水平动力反应

利用传递矩阵法,全面推导层状黏弹性土中考虑轴向力影响的水平抗力桩阻抗,并以此寻求频域动载下的基桩变位及其内力规律,为有效地进行桥梁群桩阻抗理论推导奠定基础。实例计算表明,动力荷载下,桩顶竖向力的引入将增大桩顶的变位幅值,减低土的阻抗作用;由于土的振动阻尼参与,致使基桩的受力状况较静力分析时更为复杂,在不同的频率下,桩身内力可能较单向水平力系作用下的要小。此外,在动力有效长度一定范围内进行的土体加固对减小桩顶动侧移有不同的效果。     

Frequency- and intensity-dependent impedance functions of laterally loaded single piles in cohesionless soil

This paper investigates the frequency-dependent pile-head impedance characteristics of a model soil-pile foundation system under large amplitude loads, inducing soil yielding. Testing was conducted on a scaled single pile embedded in sand under a 1g condition. A laminar shear box mounted on a unidirectional shaking table was used to house the soil-pile foundation system. Quasi-static loads and dynamic loads were applied to obtain the force–displacement relationships and pile-head impedance functions, respectively, through the pile head connected to a loading actuator providing fixity to the pile head in all directions, except horizontal. In the quasi-static case, loads with three different velocities were applied to study the rate-dependent characteristics of the lateral bearing capacity of the pile. The Stereo-PIV system was employed to measure the surface soil displacement around the pile. The lateral bearing capacity changed with the loading velocity, but the soil near the pile showed a consistent failure pattern despite a significant change in velocity. Lateral pile-head dynamic impedance functions were obtained for low-to-high amplitude harmonic loading for a wide range of frequencies. The dynamic stiffness was seen to converge to that of the secant static stiffness with an increase in the amplitude of the dynamic loading for all the excitation frequencies.     

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。     

岩石动静组合加载力学特性研究

 根据深部岩石力学研究的需要,在分析深部开挖中岩石受力特点的基础上,提出岩石动静组合加载问题。通过对多载荷凿岩机、INSTRON系统、SHPB装置的不断改进和尝试,研制出中高应变率段岩石动静组合加载试验系统,该系统可实现岩石轴向静压0～200 MPa、围压0～200 MPa和冲击动载0～500 MPa的同时加载。基于新研制的试验系统,对岩石在不同动静组合加载下的强度特性、破碎规律及吸能效率进行研究。结果表明：冲击动载一定,轴向静压从0增大到其单轴静压强度70%时,岩石的组合加载强度大于其纯静载强度或纯动载强度。轴向静压不变,随着冲击动载的增大,岩石的组合加载强度逐渐增大,表现出率相关性。动静组合加载下,岩石的破坏呈拉伸破裂模式,岩石的破碎块度在冲击动载或轴向静压增大时都向细粒端发展。岩石的吸能率随着动静组合加载的不同而不同,通过选择合适的动静组合加载,可使岩石的吸能率最大。     

高铁桩网复合结构路基长期运营沉降模型试验研究

高铁路基沉降控制是保证列车安全性和舒适性的重要因素。随着高铁运营时间增长,软土地区高铁路基长期沉降问题越来越引起关注。针对京沪高速铁路徐沪段某试验段,开展了桩网复合结构路基长期循环动态加载物理模型试验,获得了路基沉降、桩土应力分担及桩身轴力分布的变化规律。试验结果表明:在初始1000次加载时,路基沉降随加载次数增加明显,之后达到稳定;桩上部位置土体变形大于桩身变形,桩侧呈现负摩阻力,中性点位于距桩顶约2/3桩长位置;桩身轴力随加载次数增加而增大,说明桩分担荷载增加,当达到4万次加载后,轴力随加载次数增加不再明显。     

考虑横向惯性效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时成层土中楔形桩的纵向振动问题。首先,根据桩周土的成层性并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,在平面应变条件下推导得到成层土中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解。最后,采用参数研究方法,在低频范围内分析楔形桩设计参数对桩顶复阻抗的影响,并将同体积时的楔形桩与均匀截面桩的桩顶复阻抗进行对比。结果表明：(1) 楔形桩其他设计参数不变时,动阻尼随着楔角的增大而增大,动刚度也随着楔角的增大而增大,但增大的幅度会随着频率的增大而逐渐减小;(2) 楔形桩其他设计参数不变时,动刚度随着桩长的增大而减小,动阻尼随着桩长的增大而增大;(3) 对等体积的楔形桩与均匀截面桩,当桩长相同时,楔角越大,动刚度越小,动阻尼越大;当桩端截面积相同时,楔角越大,动刚度越大,动阻尼先增大再减小。     

素混凝土桩复合地基荷载传递机理的试验研究

为研究带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程 ,设计了一组足比例尺单桩复合地基试验 ,在桩身内埋设钢弦式应力计测出了桩身轴力 ,并由此得出桩侧摩阻力。从实测结果与散体桩、无垫层带台单桩的桩身轴力、侧摩阻力分布对比分析可以看出 ,三者传力机理是不同的。与散体桩相比 ,素混凝土桩复合地基中荷载沿桩身全长传递。与无垫层带台单桩相比 ,桩侧摩阻力从加荷开始在桩周上部土层即出现负摩阻 ,使得桩身轴力最大点不在桩顶而在中性点处。带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩侧负摩阻力的大小随荷载加大而变小 ,同时中性点位置逐渐上移 ,相当一部分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐渐变为正摩阻力。该负摩阻力使桩从加荷开始就承担较大荷载 ,并使桩下部的摩阻力也能得到充分发挥 ,进而使桩在全过程都发挥了作用。同时 ,桩周土体的承载力也得到增强     

嵌岩特性对嵌岩桩桩顶扭转振动阻抗的影响

考虑桩身截面和桩侧土性质的变化,建立了层状土中嵌岩桩的扭转振动计算模型和控制方程; 利用Laplace变换技术和阻抗递推技术,求得任意荷载作用下嵌岩桩桩顶扭转振动复阻抗,并通过与现有解对比验证了所得解析解的合理性。基于所得解析解,在桩基础动力设计关注的低频范围内讨论了嵌岩桩几何性质、桩底沉渣、岩体性质对桩顶扭转振动复阻抗的影响。结果表明:在扭转振动条件下,嵌岩桩存在一个临界嵌岩深度,临界嵌岩深度随着桩长径比的增大和嵌岩段岩体性质的提高而降低,这说明在工程设计时,并非嵌岩深度越深对整个桩土系统承载特性越有利; 临界嵌岩深度范围内,随着嵌岩深度的增加,桩顶扭转动刚度逐渐减小,动阻尼逐渐增大,超出此范围时,嵌岩深度对桩顶扭转振动阻抗基本上没有影响; 当嵌岩深度小于临界深度时,桩底沉渣的存在会使桩顶扭转动刚度降低,动阻尼增大; 当嵌岩深度超过临界深度时,桩底沉渣对桩顶扭转振动阻抗基本上没有影响; 桩径是影响桩顶扭转振动阻抗的主要因素。