大直径变截面桩速度波衰减特性研究与应用

针对大直径桩在低应变测试中的三维效应和缺陷量化分析问题,建立变截面桩-成层土耦合振动模型,考虑桩身的三维波动,通过建立层间递推关系求解得到桩身任意位置纵向振动响应的频域解析解,并利用傅里叶逆变换得到时域内半解析表达.在此基础上,分别针对完整桩和缺陷桩,探讨不同条件下桩身入射速度波沿径向和纵向的幅值和走时变化规律.最后通...     

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。     

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。     

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。     

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究EI北大核心CSCD

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。     

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。     

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。     

考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性及其应用

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩的支承作用,通过径向圈层间的剪切复刚度传递,考虑施工扰动造成的桩周土的径向非均质性;然后,将桩与虚土桩假设为Rayleigh-Love杆,建立其纵向振动控制方程,通过Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解,并通过Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;在此基础上,通过参数分析的方法,研究横向惯性效应对大直径桩纵向振动特性的影响以及与桩–土参数之间的关系;最后,将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,验证了本文解的合理性。     

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。     

缺陷桩周围成层土振动响应解析解及其在旁孔透射波法中的应用

通过建立缺陷桩–成层土耦合计算模型,考虑桩周土的三维轴对称振动,求解得到桩身竖向振动下周围土响应的频域解析解,并通过傅里叶逆变换得到其在时域内的半解析表达。在此基础上建立简化模型,并将解析解与有限元软件分析结果进行对比,证明了本文解的合理性。随后,分别考虑了缺陷桩–均质土、完整桩–成层土及缺陷桩–成层土各工况参数对桩周土振动响应的影响,并得到桩周土的波动规律,其可为旁孔透射波法的现场应用提供指导。此外,还针对该测试方法涉及的主要技术参数展开了进一步研究,明确了注意事项。     

三维饱和层状土–虚土桩–实体桩体系纵向振动频域分析

为分析饱和土中浮承桩纵向振动特性,基于Biot波动理论提出一种桩底饱和虚土桩模型,并建立三维饱和层状土–虚土桩–实体桩耦合纵向振动体系定解问题。采用势函数法、桩–土耦合条件及阻抗函数传递性求解得出桩顶纵向振动动力阻抗解析解答,并通过多元退化验证所提出解析解的正确性。在此基础上,对浮承桩纵向振动特性影响因素进行参数化分析,结果表明:当桩底土饱和性显著且排水性较差时,桩底土单相虚土桩模型会过低估计阻抗曲线共振频率,宜采用饱和虚土桩模型和所得相关解析解答分析浮承桩纵向振动特性。桩周饱和软(硬)夹层对桩顶动力阻抗曲线振幅水平影响显著,而桩底软(硬)下卧夹层则对桩顶动力阻抗曲线影响很小。桩周饱和表层土体孔隙率仅对桩顶动力阻抗曲线共振幅值产生明显影响,而桩底饱和土层孔隙率对桩顶动力阻抗曲线共振幅值和共振频率均影响显著。     

考虑土体三维波动效应时黏性阻尼土中桩的纵向振动特性及其应用研究

从三维轴对称土体模型出发,考虑土体三维波动效应,对黏弹性支承桩在任意竖向激振力作用下与土体的耦合作用特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、等截面体,土为线性黏弹性体,其材料阻尼为黏性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转换到拉普拉斯域内求解。通过引入势函数,将土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程进行解耦,求解得到土体的振动模态形式,再利用该解,以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到拉普拉斯域内桩的位移函数解析解,进而可得到桩顶速度导纳函数解析解,采用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对速度导纳曲线和速度反射波曲线进行了量纲一的参数讨论,以揭示桩的纵向振动特性,为基桩动测提供理论和实践上的指导。     

弹性支承桩周围土振动响应解析解及其波动规律研究

通过建立弹性支承桩–土耦合模型,考虑桩周土三维轴对称振动,求解得到桩周土振动响应频域解析解。通过傅里叶逆变换得到桩周土振动响应在时域内的半解析表达,并借助有限元分析软件对比验证本文解的合理性。在此基础上,对不同工况条件下的桩–土耦合系统参数进行研究,得到桩周土波动响应的规律,为实际工程测试提供理论支持与指导作用。     

桩底沉渣对桩的纵向振动特性影响研究及应用

在桩底有限土层采用虚土桩模型情况下,对桩底沉渣对非均质土中桩的动力特性的影响进行了研究。首先,将桩端正下方土体模拟为与桩端完全接触的虚土桩模型;然后,对桩侧土采用多圈层平面应变模型,并考虑其径向非均匀性,利用剪切复刚度传递的方法,递推得到了桩侧土作用在桩身的剪切复刚度,结合得到的剪切复刚度,利用阻抗函数递推方法,递推得到虚土桩顶部纵向振动复刚度,将其作为实际桩底的支撑刚度,求解桩顶频域和时域动力响应函数表达式;分析了桩底沉渣特性对桩的纵向振动特性的影响,得到了桩底沉渣对桩基纵向振动响应影响的规律性。最后,利用本文解对工程桩低应变反射波法实测曲线进行了反演拟合分析。     

弹性支承桩周围土振动响应解析解及其波动规律研究EI北大核心CSCD

通过建立弹性支承桩–土耦合模型,考虑桩周土三维轴对称振动,求解得到桩周土振动响应频域解析解。通过傅里叶逆变换得到桩周土振动响应在时域内的半解析表达,并借助有限元分析软件对比验证本文解的合理性。在此基础上,对不同工况条件下的桩–土耦合系统参数进行研究,得到桩周土波动响应的规律,为实际工程测试提供理论支持与指导作用。     

薄壁管桩在均质土中的纵向振动研究

在弹性地基中,基于三维连续介质土模型,对均质土中薄壁管桩的纵向耦合振动特性进行了研究。通过建立管桩纵向振动方程,采用Laplace变化法,根据边界条件和初始条件,求解得出均质土中桩顶频域解析解和时域半解析解。然后进行了管桩壁厚、管桩的纵波波速、外半径等参数的改变对桩顶动力响应的影响分析,并用数值软件Matlab进行曲线拟合,得出各参数变化对管桩纵向振动影响规律。     

虚土桩扩散角对楔形桩扭转振动阻抗的影响

基于桩端土的锥形虚土桩模型,研究端土应力扩散效应对楔形桩扭转振动阻抗的影响。首先将桩侧土和桩端土划分多个薄层,采用平面应变模型求解得到桩(虚土桩)侧土的剪切复刚度,然后利用Laplace变换技术和阻抗函数递推法得到虚土桩顶部阻抗,并将其作为楔形桩的实际支撑刚度,进一步推得楔形桩桩顶扭转振动阻抗频域响应解析解;最后,分析虚土桩扩散角对楔形桩扭转振动阻抗的影响。研究表明:随着虚土桩扩散角的增大,楔形桩桩顶扭转动刚度逐渐增大,动阻尼逐渐减小。     

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。     

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。     

桩与滞回阻尼土相互作用时桩基扭转振动时域响应分析

考虑桩土相互作用效应,对均质滞回材料阻尼土中弹性支承桩桩顶扭转振动时域响应进行解析理论研究。首先建立桩与滞回阻尼土在谐和振动条件下的定解问题,然后先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体振动扭转角形式解,接着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,最终得到桩顶扭转角和速度频率响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。通过与其他相关理论解的对比验证该解的正确性和适应性,并对桩土相互作用时桩顶扭转振动时域特性进行分析,重点探讨桩周土滞回阻尼、长径比、模量等常规参数对桩顶时域响应的影响,得到若干结论。