饱和土中单桩在瑞利波作用下的动力响应

研究了频域内半空间饱和土中单桩在瑞利波作用下的动力响应。首先利用Muki的虚拟桩方法,将桩土共同作用问题分解为拓展的半空间饱和土和虚拟桩的叠加。拓展的半空间饱和土用Biot理论求解,而虚拟桩则用杆和梁的振动理论求解。利用半空间饱和土的基本解和自由波场解及桩、土间变形协调条件,建立了桩土共同作用的第二类Fredholm积分方程。对积分方程的数值求解可得桩在瑞利波作用下的动力响应。数值结果显示了饱和土的渗透系数、桩土相对刚度及入射波的频率对桩的动力响应有显著影响。     

抽水井点和单桩的相互作用问题

 根据Biot 固结理论和积分变换方法得出了半空间作用圆形载荷或抽水井点时的基本解。利用圆形载荷和抽水井点的基本解得出了单桩和抽水井点相互作用时在时间域内的第二类Fredholm 积分方程。利用Laplace 变换对上述积分方程进行简化后, 进行相应的逆变换, 并对该积分方程进行离散, 就可得单桩在抽水井点作用下桩的变形、轴力以及桩侧摩阻力随时间的变化情况。     

饱和孔隙介质中的格林函数及边界积分方程

根据Biot理论,利用势函数方法建立了频域内孔隙介质的二维格林函数;利用格林函数和孔隙介质中的互易定理,建立了孔隙介质的边界积分方程.通过引入二维弹性静力学解和二维La-place方程的基本解,处理了边界积分方程中的柯西主值积分问题.笔者的研究为应用边界元方法求解孔隙介质中的二维动力问题提供了理论基础.     

轨道刚度对路轨系统及饱和地基动力响应的影响

研究了轨道刚度对高速移动列车荷载作用下铁路系统动力响应的影响。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,同时考虑道渣层的影响。由Fourier变换求解多孔饱和固体的动力基本方程,在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度、土体位移、孔压表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度、孔压在时域内的表达式。算例中主要讨论了荷载移动速度和轨道刚度对钢轨速度、加速度及土体孔压的影响。结果表明,轨道刚度在低速情况下对路轨系统和土体动力响应有影响较小,但在高速情况下对路轨系统和土体动力响应影响很大。     

频域内半空间饱和土中水平受荷桩的动力分析

利用积分方程方法研究了半空间饱和土中单桩受水平简谐载荷时的动力响应。利用半空间饱和土在水平简谐圆形载荷作用下的格林函数和桩－土变形协调条件，建立了桩－土共同作用的第二类Fredholm积分方程。通过数值求解所得的积分方程，得到单桩在水平简谐载荷作用下的动力响应。     

爆炸荷载作用下饱和土中隧道的瞬态动力响应

用解析方法研究了爆炸荷载作用下饱和土中圆形隧道的动力响应问题。模型假定饱和土体中的圆形隧道中心处发生爆炸,爆炸荷载采用简化形式,衬砌运动方程基于Flügge壳体理论,饱和土采用Biot波动方程,通过引入两个势函数,在Laplace变换域中推导了爆炸荷载作用下圆形隧道位移和应力响应的表达式。利用Laplace数值逆变换得到爆炸荷载作用下衬砌与土体的时域计算结果,分析了排水条件对位移、应力变化的影响,并讨论了饱和土参数、衬砌和土的相对刚度的影响。数值结果表明,爆炸荷载作用下,不排水条件下应力和位移的响应幅值比排水条件下有所增大;饱和土参数
对土体应力的幅值有明显的影响;衬砌与土的相对刚度越大,土体位移和应力响应的幅值越小,衰减的速度也越快。     

考虑固结和流变的土-单桩-筏共同作用研究

利用Biot固结理论和积分方程研究了考虑流变的饱和土–单桩–筏的共同作用问题,首先应用积分变换方法得出了半空间表面作用环形荷载时的基本解、基于半空间表面作用环形荷载的基本解、半空间表面作用圆形荷载的基本解以及桩–土、筏板–土变形协调条件得出了饱和土–单桩–筏板共同作用在时间域内的第二类Fredholm积分方程。运用Laplace变换对上述积分方程进行简化,求解积分方程并进行相应的数值逆变换即可得单桩的位移、轴力、孔压以及筏板与土的接触正应力随时间的变化情况。     

移动荷载作用下饱和地基土上无限板的动力响应

利用Biot波动理论、无限大板的弹性理论研究了移动荷载作用下饱和土地基上覆弹性板的动力响应问题。首先引入两类势函数解耦Biot波动方程。由所引入势函数及二维Fourier变换,得出了土体位移、应力及孔压在变换域内的通解。再根据无限大板的弹性理论求解了变换域内饱和土的波动系数及板的内力表达式。最后利用IFFT算法得出了时间-空间域内的解析解。文中通过具体算例,分析了荷载移动速度、土层剪切模量对板内力、土体的动力响应的影响。     

移动列车荷载作用下路轨系统及饱和半空间土体动力响应

利用Fourier变换对移动列车荷载作用下铁路系统和饱和半空间土体的动力响应问题进行研究。将整个系统分为上覆路轨系统和下卧土体分别求解,并通过应力、位移边界条件进行耦合。对于路轨系统,将钢轨简化为无限长弹性Euler梁;将枕木简化为连续质量块;对道渣层采用Cosserat模型。对于下卧饱和土体,由忽略土体自重的Biot波动方程出发,利用Fourier变换对Biot波动方程进行求解。在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度,土体位移、加速度及孔隙水压力表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度,土体位移、加速度及孔隙水压力在时域内的表达式。计算结果表明,水相介质与荷载移动速度都对路轨系统和土体动力响应有很大影响。当列车移动速度较低时,饱和多孔介质和弹性介质的位移响应仅在幅值上有区别,但当列车移动速度超过土体Rayleigh波速时,饱和多孔介质与弹性介质的动力响应有很大区别。     

不同荷载速度下弹性土体中排桩的隔振效果分析

利用Muki和Sternberg的虚拟桩法,分析了不同荷载速度下弹性土体地基中排桩对移动荷载引起振动的被动隔振效果。首先由积分变换推导弹性土体表面受移动荷载的自由波场解、内部受圆形均布简谐荷载作用下的基本解,再根据基本解与桩土变形协调条件,建立了频域内土—桩的第二类Fredholm积分方程。最后通过求解积分方程与相应的积分逆变换得到时间域内评价隔振效果的振幅比。通过与已知文献结果比较,验证本文方法的正确性。数值结果表明:荷载速度对排桩的隔振效果有一定影响:当移动荷载小于土体的剪切波速时,随荷载速度增加排桩的隔振效果会降低,然而当荷载速度大于土体的剪切波速后,部分区域的隔振效果较好。     

桩-土界面摩擦对静压桩挤土效应的影响分析

采用合适的土体屈服准则及有限变形理论，通过在桩-土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了符合压桩实际的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的挤土位移场，讨论了桩-土界面不同摩擦情况对沉桩产生位移场的影响。并对桩-土相互作用及水平向孔扩张的2种有限元模型进行了对比，结果表明，考虑桩-土相互作用及其摩擦情况是正确模拟静压桩挤土效应的关键。     

考虑固结和流变的层状地基中的水平单桩的理论分析

 利用积分方程和递推矩阵2刚度矩阵方法求解了考虑层状两相介质固结和流变的水平受荷的单桩问题。首先利用层状两相介质中水平圆形载荷基本解, 建立了时域内的层状两相介质地基中水平单桩的积分方程。然后对所得的积分方程进行Laplace 变换, 得到变换域内的积分方程, 对变换域内的积分方程采用Schapery 逆变换方法得到时域内水平单桩的近似积分方程。最后对所得的积分方程进行数值求解得到桩的剪力、弯矩和位移。     

考虑桩-土塑性相互作用的单桩分析

假设地基为弹性体,考虑桩-土塑性滑移,建立微分方程,采用差分求解。经与实测资料对比,结果较为一致。该方法可以考虑桩周土体的连续性,可以分析竖向荷载作用下地基土体产生的沉降。将该方法与荷载传递法、剪切位移法进行比较,分析表明:该方法不是荷载传递法与弹性理论法的简单叠加;该方法在退化后可以分别取得与荷载传递法及剪切位移法比较好的一致性。     

垫层破坏模式的探讨及其与桩土应力比的关系

为合理设计刚性桩复合地基中的垫层 ,对垫层的破坏模式进行了探讨 ,并建议了垫层的一种破坏模式 ,同时给出了桩土应力比与垫层参数之间的关系式 ,为刚性桩复合地基设计中垫层参数的选取带来帮助。     

土层参数对支盘桩承载性状影响的有限元分析

通过改变挤扩支盘桩周围不同土层的性质,用有限元方法分析了土层弹性模量对桩承载力及荷载传递过程的影响程度,研究了支盘桩桩身轴力和桩侧摩阻力沿桩长的变化规律。结果表明,支盘桩的承力盘处于不同土层中对桩承载力和荷载传递过程的影响程度不同,其中桩端土层的承载力对桩承载力影响最大,对最上层土的影响最小。     

承台(基础)-桩不同构造形式下桩土相互作用分析

在现场试验的基础上,针对桩顶与承台连接、桩顶与基础之间设置褥垫层、桩顶与基础之间设置不同刚度的垫块三种桩与承台(基础)间不同的构造方式,通过数值分析方法对其在竖向荷载作用下的工作性状进行了对比分析,通过改变垫块的刚度分析了其工作机理。     

采用桩土共同作用的浙江省第一医院医技楼现场实测分析

 采用桩土共同作用设计方法的浙江省第一医院医技楼实测资料表明,大楼装修完成时基础底板周边和内部实测平均土压力分别已达地基土承载力特征值的83.3%和62.7%,地基土承载力被较大程度的得到利用。桩顶应变计实测结果显示,大楼竣工时桩顶反力超过单桩极限承载力的50%,这是与传统设计方法的不同之处。同时,随建筑层数的增加,桩间土分担荷载的比例逐渐减少,装修完成时土承担上部荷载的20%。而在大楼结顶时基础底板内钢筋实测应力很小,基础底板面层和底层钢筋平均压应力分别为9.84和7.68 MPa,远低于钢筋所能承受的最大抗压值。同时发现,基础底板的存在会削弱桩侧摩阻力,相同桩顶荷载水平下全桩长范围内实测桩基平均侧摩阻力均小于静载试验中单桩的平均侧摩阻力。该大楼实测沉降结果表明,沉降较小且较为均匀,能满足使用要求。