非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

均质土体中部分埋入桩纵向振动响应研究

基于土体的运动方程,研究了均质各向同性土体中部分埋入桩的纵向振动问题.利用拉普拉斯变换,求得了土体纵向振动位移形式解.根据桩土系统衔接条件和边界条件,得到了桩段1顶部阻抗函数的拉普拉斯变换域解.根据阻抗函数递推原理,傅里叶逆变换和卷积定理,求得了桩顶速度导纳的解析解和半正弦脉冲作用下桩顶速度时域响应的半解析解.最后,通过参数分析研究了桩土系统主要参数对桩顶动力响应的影响.结果表明,上部桩段长度对桩顶速度导纳和速度时域响应有着明显的影响.     

锥形桩的纵向动力响应

主要研究了锥形桩这一典型变截面桩的桩顶纵向振动响应。桩身为均质线弹性有限长杆,桩顶受纵向冲击力作用。桩周土和桩底土用Kelvin？Voigt模型表示,假设桩周土剪切波速随深度线性变化。根据上述桩土模型,推导出简洁的波动方程。由Laplace变换得出了频域的解析解,然后采用快速傅里叶变换求解Laplace逆变换,得到了时域的半解析解。通过与差分法计算结果对比,表明本文求解方法的合理性。通过对计算结果的分析,了解了桩顶振动速度导纳曲线的变化特征,还说明了截面渐变程度对桩顶速度响应的影响,阐述了变截面效应。锥形桩的变截面效应表现为：桩身横截面的渐变会对频域响应的低频波部分产生影响;桩身横截面渐变时会引起桩身渐变的反射,而且截面渐扩（渐缩）程度越大,反射越明显。     

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.     

饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于饱和多孔介质理论研究了在三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的扭转耦合振动问题,提出了桩与土在谐和振动情况下的定解问题，先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解，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，得到桩顶转角和切向速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解.数值分析结果表明，桩的长径比和波速比对桩顶动力响应有较大的影响，孔隙率和渗透力影响较小.将扭转振动结果与纵向振动分析结果进行了对比，二者在图形形状上有很多相似之处.     

径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

为分析施工扰动对管桩纵向振动特性的影响,发展建立了基于复刚度传递径向多圈层平面应变模型黏性阻尼土中管桩-土体纵向耦合振动模型.利用拉普拉斯变换和径向复刚度传递,得到桩芯土与桩身界面处的复刚度,并利用桩土界面上位移连续、力平衡条件推导得出桩顶动力阻抗的解析解,通过进一步参数化分析分别探讨桩长径比、桩内外径比、桩身弹性模量、土体黏性阻尼系数、桩周土施工扰动程度和扰动范围对桩顶纵向振动特性的影响规律.结果表明:管桩桩长增加使得桩顶动力阻抗曲线振幅和共振频率降低;桩芯土体对桩体可以起到减震作用;桩顶动刚度和动阻尼曲线振幅随施工引起桩周土软(硬)化程度增加而减小(增大);管桩桩顶动力阻抗振幅水平随施工扰动引起桩周土体软(硬)范围增加而增大(减小),此种影响仅在近桩小范围内较为明显,超出该范围即大幅衰减至稳定;当施工扰动较明显时,在管桩纵向振动特性分析中宜考虑此种桩周土体径向非均质性的影响.     

成层广义Voigt地基中粘弹性桩纵向振动分析与应用

研究了考虑身材料阻尼、桩侧土采用广义Voigt模型条件下，成层土中不均匀桩（截面面积或材料性质在桩长方向上存在突变）的纵向振动特性，求得了瞬态半弦脉冲荷载作用下，桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解，分析了桩身材料阻尼及不同土质的桩侧土层分界面对桩顶时、频响应曲线的影响，得到了许多新的结论，终将所得理论结果与实际工程桩及预制模型桩的实测曲线进行了拟合对比，结果表明，本文得到的理论成果相比于已有成果能更好地反映客观实际。     

均质土中部分埋入粘弹性桩的瞬态波动响应

基于回传射线矩阵法,得到均质土中部分埋入粘弹性桩在单位脉冲作用下的桩顶速度导纳,然后利用Fourier逆变换和卷积定理得到了在瞬态半正弦激振力作用下的桩顶速度时域响应,与全埋入粘弹性桩作对比,分析桩身材料阻尼、外露桩长、桩侧土阻尼和刚度及桩底土阻尼和刚度对桩顶速度导纳和反射波的影响.结果表明:桩材料阻尼、外露桩长、桩侧土阻尼和桩底土阻尼对桩顶频域及时域速度响应有显著影响;桩侧土刚度和桩底土刚度只对速度导纳曲线的低频部分有影响,且桩底土刚度对导纳曲线的相位和反射波的形状及幅值有显著的影响.     

基于桩侧虚土桩模型的桩-桩芯土竖向动力响应

考虑桩芯水泥土与桩身的较强黏结性,提出桩侧虚土桩模型来模拟桩与桩芯土塞的相互作用,建立含水泥土土塞的竹节桩纵向动力模型. 通过阻抗函数递推方法得到简谐激振下桩顶动力响应频域解析解和时域半解析解,与三维有限元数值模型进行拟合对比,验证理论模型的合理性;通过参数分析研究水泥土相关参数对桩顶动力特性的影响;通过室内水泥土试验以及现场桩基试验,研究竹节桩桩芯水泥土对桩身低应变测试曲线的影响;根据实测曲线对模型中的关键参数进行拟合反演. 结果表明：竹节桩桩芯土塞高度增加会引起桩底反射信号减弱以及桩身综合波速减小,土塞模量增加会引起桩底反射信号减弱和轻微提前;拟合得到的虚土桩尺寸系数较为稳定;桩芯水泥土的阻尼系数与经验公式计算结果差异较大;在参数拟合过程中,理论模型计算得到的结果与实测曲线较符合,本研究理论模型可以较好地模拟桩与水泥土的动力相互作用.     

嵌岩桩沉渣特性对桩顶动力响应的影响

基于虚土桩模型,运用Laplace积分变换和阻抗函数递推方法研究了纵向任意激振力作用下沉渣特性对成层土中嵌岩桩桩顶动力响应的影响.将桩端沉渣模拟为虚土桩,对桩侧土采用平面应变模型,并考虑其成层特性,结合初始条件和桩顶及沉渣底部的边界条件,求得在桩顶任意激振力作用下,考虑沉渣影响的桩顶频域响应解析解及时域响应半解析解.基于理论解,分析了沉渣特性对桩顶动力响应的影响,并将理论计算结果与工程桩低应变反射波法实测曲线进行了拟合对比,结果表明,基于虚土桩模型的理论解能较好地反演出沉渣特性对桩顶动力响应的影响.     

饱和黏弹性土中端承桩扭转振动的对比分析

采用Kelvin模型模拟饱和土体和桩的相对滑移,在频率域内研究了饱和黏弹性土层中端承桩的扭转耦合振动.饱和土体的力学行为利用Biot模型描述.将土骨架视为具有分数阶导数本构的黏弹性体,采用Novak薄层法,得到了桩扭转振动时饱和黏弹性土层的动力阻抗.利用Euler-Bernoulli杆模型模拟桩的力学行为,给出了饱和分数导数黏弹性土层中端承桩扭转振动的分析方法和桩顶动力复刚度的解析表达式.在此基础上,分别对以下几个方面进行了对比分析：经典弹性模型、分数导数黏弹性模型和标准线性固体模型的结果;三维模型和薄层法的结果;桩土界面有无相对滑移的结果.考察了分数导数模型参数、饱和土和桩各参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明：在高频处完全接触条件下桩顶刚度因子和等效阻尼的振幅小于滑移条件下;随着阶数和材料参数比的增加,桩顶刚度因子和等效阻尼都有所减小.     

饱和黏弹性土中单桩的纵向振动

基于Biot两相介质模型,在频率域内研究了简谐荷载作用下饱和黏弹性土中桩纵向耦合振动特性.借助Novak平面应变模型推导了饱和黏弹性土层的控制方程.将桩等效为一维杆件模型,建立了桩的振动方程.根据桩土连续性条件,求得了桩顶的动力刚度和动力阻尼.与Novak解进行了对比,并考察了长径比、流固相互作用系数、土骨架的阻尼比、桩土模量比等参数对饱和土桩系统纵向振动的影响.结果表明：单相和饱和黏弹性土中桩的动力特性存在一定差异;随着长径比的增加,动刚度因子和等效阻尼的共振效应明显减弱;而随着模量比的增加,共振效应和基频都有所增大;流固相互作用系数和土骨架的阻尼比影响相对较小.     

Vertical vibration of a large diameter pipe pile considering transverse inertia effect of pile

Considering the transverse inertia effect of pile, the vertical dynamic response of a large diameter pipe pile in viscoelastic soil layer is studied. The wave propagations in the outer and inner soil are simulated by three-dimensional elastodynamic theory and those in the pile are simulated by Rayleigh-Love rod theory. The vertical and radial displacements of the outer and inner soil are obtained by utilizing Laplace transform technique and differentiation on the governing equations of soils. Then, based on the continuous conditions between the pile and soils, the displacements of the pile are derived. The frequency domain velocity admittance and time domain velocity response of the pile top are also presented. The solution is compared to a classical rod model solution to verify the validity. The influences of the radii and Poisson ratio of pile on the transverse inertia effect of pile are analyzed. The parametric study shows that Poisson ratio and outer radius of pile have significant influence on the transverse inertia effect of large diameter pipe piles, while the inner radius has little effect.     

Longitudinal vibration of pile in layered soil based on Rayleigh-Love rod theory and fictitious soil-pile model

The dynamic response of pile in layered soil is theoretically investigated when considering the transverse inertia effect.Firstly, the fictitious soil-pile model is employed to simulate the dynamic interaction between the pile and the soil layers beneath pile toe. The dynamic interactions of adjacent soil layers along the vertical direction are simplified as distributed Voigt models.Meanwhile, the pile and fictitious soil-pile are assumed to be viscoelastic Rayleigh-Love rods, and both the radial and vertical displacement continuity conditions at the soil-pile interface are taken into consideration. On this basis, the analytical solution for dynamic response at the pile head is derived in the frequency domain and the corresponding quasi-analytical solution in the time domain is then obtained by means of the convolution theorem. Following this, the accuracy and parameter value of the hypothetical boundaries for soil-layer interfaces are discussed. Comparisons with published solution and measured data are carried out to verify the rationality of the present solution. Parametric analyses are further conducted by using the present solution to investigate the relationships between the transverse inertia effects and soil-pile parameters.     

桩底沉渣性质对成层粘弹性土中大直径灌注桩动力响应的影响

为了研究桩底沉渣性质对成层粘弹性土中大直径灌注桩动力响应的影响。首先，将桩底沉渣看作虚土桩，并引入Rayleigh-Love杆模型建立桩及虚土桩纵向振动控制方程，以近似考虑大直径灌注桩的三维效应；然后，基于三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程；求解桩-土体系振动控制方程，并结合Laplace变换、阻抗函数递推、Fourier逆变换等方法，得到桩顶频域及时域响应理论解；基于所建立的理论解答，揭示大直径灌注桩三维波动效应的规律，并分析桩底沉渣性质对其动力响应的影响；最后，通过与实测结果的对比验证该解的可靠性。