非饱和土地基中端承桩对SH波的水平地震响应

为探讨非饱和土地基中SH波作用下端承桩的水平地震响应,先基于一维波动理论得出SH波引起的土层自由场水平振动解,然后考虑非饱和土体动剪切模量随其饱和度的变化特性,采用三维连续介质力学和Euler梁模型建立轴向静荷载下非饱和土-端承桩水平耦合振动模型,进而通过引入势函数和分离变量法推导出桩顶水平位移相互作用因子、桩顶水平位移放大因子和桩身曲率比的表达式,经与已有成果对比验证后再经参数分析,获得土体饱和度、桩身长径比和土体黏滞阻尼对桩身水平抗震特性的影响规律：土体饱和度和桩身长径比仅在高频范围对相互作用因子和放大因子有显著影响;土体黏滞阻尼仅在共振频率使得相互作用因子和放大因子分别逐渐增大和减小。     

非饱和土中单桩的横向瞬态响应研究

基于非饱和土的动力控制方程,对非饱和土中单桩的水平瞬态响应进行分析.先利用Laplace变换,再对方程进行无量纲化,建立了变换域内非饱和土的水平波动方程,通过分离变量法及算子分解理论得到了Laplace变换域内的位移解;根据桩-土接触面的边界条件求解桩的动力平衡方程,得到变换域内的桩身位移和内力的解析解,再通过Lapl...     

非饱和土半空间中单桩竖向振动特性研究

从三维轴对称的非饱和土波动方程出发,考虑土中基质吸力对剪切模量的影响,对端承桩在纵向简谐荷载作用下桩土耦合振动特性进行了研究。利用算子分解和分离变量法直接对耦合方程进行解耦,在求得非饱和土层振动模态形式和阻抗因子的基础上,结合桩土界面处的衔接条件以及桩端刚性支承形式,对桩的一维波动方程进行求解,得到了桩顶复刚度函数、土层阻抗因子的频域形式解答,并讨论了主要参数对桩基动力行为的影响。计算结果表明：随着饱和度的减小,桩顶动刚度因子和等效阻尼的振幅随之减小,但桩土体系的共振频率则基本不受其影响。在桩土模量比的分析中,应区别对待土和桩弹性模量引起的不同反应。模型揭示了土体动力响应从单相到饱和两相介质条件下的完整演化过程,为描述实际土体环境下桩基动力行为提供了较为完备的理论框架。     

非饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于已建立的非饱和土中的波动方程,研究了瞬间扭转荷载作用下桩的动力响应问题。在频域中,得到了桩顶位移和速度的响应函数。利用付立叶逆变换,给出了半正弦脉冲激励下桩顶速度时域响应半解析解。分析了主要参数对响应的影响。最后将分析结果进行了对比,结果表明:本文的退化解和饱和土扭转振动解是一致的。     

分层地基中考虑轴向力影响下的单桩水平振动

基于桩基的动力Winkler梁理论，利用传递矩阵法，导出了分层地基中单桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达；应用本文方法不仅可以较精确地求得基桩的各项动力阻抗，还可方便得到桩身的动内力反应。实例计算表明，动力条件下，桩顶轴向力的引入会增大桩顶的变位幅值，即减低了土的阻抗作用；土的振动阻尼参与使得基桩的受力较静力分析时复杂，不考虑频率作用下的静态桩身内力可能会偏于设计中的不安全。     

饱和土中桩水平振动分析

基于Biot动力固结方程,将Novak薄层法应用于饱和土介质桩土相互作用研究中。首先引入势函数对方程解耦,采用算子分解及分离变量法结合桩土耦合条件求出桩土相互作用阻抗函数。与Novak薄层法得到的单相土层水平振动阻抗系数对比,阐明了两解之间的关系。通过参数分析,表明渗透系数及桩土模量比、桩长径比对单桩水平、摇摆及水平–摇摆耦合振动阻抗有一定影响。     

考虑竖向荷载影响的非饱和地基中桩的水平振动

研究考虑竖向荷载影响的非饱和地基中桩的水平振动问题。首先,在考虑竖向荷载影响的情况下基于Timoshenko梁模型和三维多孔连续介质理论建立非饱和土–桩耦合振动模型,然后通过直接求解法、分离变量法和桩土边界条件求得桩体的水平位移、转角、弯矩和剪力以及桩顶动力复阻抗的解析解,将本文退化解与已有理论解进行对比,验证提出模型的正确性;通过与Euler梁模型下振动解的对比,进一步分析竖向荷载和桩顶承台质量对桩体动力响应变化规律的影响,研究结果表明：(1)竖向荷载仅对桩顶水平动力阻抗的刚度因子存在显著影响,不会引起共振频率的变化但是会使得共振频率下对应的阻抗极小值降低;(2)采用Euler梁模型计算得到的复阻抗始终更大,但出于安全考虑应该优先采用结果偏小的Timoshenko梁模型;(3)当竖向荷载增加时,桩顶处的水平位移、桩身中上部的转角以及桩身中下部的弯矩、剪力均略微增大,可能威胁结构安全;(4)考虑桩顶承台质量时,桩体动力响应有一定程度的减小。     

冲刷作用下层状横观各向同性土中群桩水平振动响应

采用有限元(FEM)与间接边界元(BEM)耦合法,求解冲刷作用下层状横观各向同性地基中高承台群桩的水平振动响应。采用三节点梁单元对群桩进行离散;然后,基于层状横观地基频域内的解答,以及考虑桩–桩相互作用,建立了地基积分方程;再通过对积分方程离散和数值求解,得到地基的柔度矩阵;根据桩土之间的协调条件,推导出群桩与地基共同作用的方程;通过引入各基桩桩顶的边界条件,获得共同作用方程的解答。最后,通过相关数值算例,验证本文理论及结果的正确性,并讨论冲刷深度对群桩水平振动响应的影响。     

水平振动荷载作用下支盘桩模型试验研究

基于自行设计的桩-土动力相互作用模型试验装置,对2根承力盘位置不同的模型支盘桩施加强烈水平振动荷载,采用数字式变频仪控制荷载频率,通过不同弹簧的刚度系数实现不同大小的荷载级别,分析不同激振频率和激振荷载作用下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。试验表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高;随着激振荷载的增大,支盘桩的动力响应随深度增加逐渐减小,反弯点位置逐渐下移,桩身的最大动弯矩发生在距桩顶1/3左右深度处。承力盘的设置改变了桩身的变形和受力状态,能够提高桩身平衡弯矩的能力,是对桩基的结构优化设计,且承力盘设置在桩身靠上有利于水平动承载力的提高。     

水平受荷大直径单桩的桩土作用分析

大直径单桩现广泛应用于近海风电基础中。为抵抗水平推力,采用在桩侧设置翼缘的办法。通过建立大直径薄壁钢管桩三维有限差分模型,对水平推力作用下的大直径单桩的桩-土作用进行分析,并考虑桩侧翼缘对桩-土相互作用规律的影响。最后对翼缘进行参数分析,得出一些对工程实际有益的结果。     

液化土中桩水平振动响应分析

将完全液化土体考虑成流体,研究了已液化土体中桩的水平振动问题。用流体运动方程模拟完全液化土体,用Biot动力固结模型模拟未液化饱和土层,用分离变量法求解流体振动方程,结合桩水平振动方程和桩–液化土耦合条件得到液化土–桩水平振动解,考虑液化土体和饱和土体的连续条件、桩身位移和内力连续条件以及桩底部嵌固条件,采用矩阵传递法得到液化土–饱和土分层条件下桩顶阻抗的表达式。将解退化为水中悬臂梁振动问题,与已有解进行对比,验证了本文解的正确性。进行参数分析,表明液化层厚度和流体密度对桩顶阻抗影响较大。     

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。     

桩顶水平动荷载作用下水–桩–土相互作用的解析解

近海结构单桩基础一般会遭受到多种水平动力荷载作用.针对端承桩在桩顶水平动力荷载作用下的动力响应问题,建立了一种三维水–桩–土相互作用系统模型;首先,桩和土体假设为线黏弹性介质,水体假设为线性声学介质;然后通过亥姆霍兹分解和分离变量法,给出了水体和土体阻抗对水–桩–土相互作用系统中桩体动力响应的解析解,进一步根据桩与水体...     

三维非均质土中粘弹性桩-土纵向耦合振动响应

在考虑土体三维非均质性情况下,对变截面粘弹性桩的动力特性进行研究.首先,结合边界条件,利用复刚度传递平面应变土体模型求得纵向不同性质桩侧土层的复刚度,进而对各段变截面桩身从下往上逐段推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩基振动的频域响应解析解;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应半解析解;最后,研...     

饱和土中大直径缺陷桩水平振动响应研究

为了研究成层饱和土中存在缺陷的大直径灌注桩的水平振动响应问题,基于Boit理论和严格的平面应变假设建立缺陷桩–饱和土横向耦合振动简化模型。引入势函数并利用算子分解法、分离变量法得到桩周饱和土对桩的水平作用力,再利用桩土接触面耦合条件及刚度矩阵传递法得到桩顶复阻抗;最后,通过模型对比与退化对比验证本文解的合理性。研究结果表明:(1)扩径对提高桩顶复阻抗起到的作用相对较小,但是缩径的出现将明显降低桩顶复阻抗;(2)桩顶动刚度和动阻尼对桩身缺陷大小和长度的敏感度不同,动刚度较动阻尼更为敏感;(3)桩顶附近缩径缺陷会导致桩顶复阻抗显著降低,而桩中部和端部附近缩径缺陷对桩顶复阻抗的影响相对较小。     

Timoshenko模型桩水平振动的非线性动力刚度

基于桩水平振动的非线性土阻抗,将桩等效为Timoshenko梁,研究非线性黏弹性土层中端承桩水平振动的动力特性,给出频率域内桩头非线性动力刚度的半解析解,得到桩头动力刚度和阻尼随频率的响应,考察物性和几何参数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明:土非线性降低桩头刚度和阻尼,在第一共振频率处,桩头动力刚度取极小,并且随着桩振幅的增加,土层非线性效应逐步增强,这些结果可以为工程设计提供参考和帮助。     

层状非饱和土中端承桩竖向振动响应的半解析算法

为了探究层状非饱和土中桩基的竖向振动响应，基于非饱和土动力控制方程，考虑基质吸力、三相(固相、液相和气相)压缩特性和饱和度对动剪切模量的影响，结合Euler-Bernoulli杆理论，建立三维轴对称简谐荷载作用下层状非饱和土中端承桩的竖向振动响应模型。利用Laplace变换、势函数法和算子分解法求解土体波动方程，通过桩–土耦合条件和阻抗函数传递性求解桩顶动力阻抗频域响应的解析解，利用傅里叶逆变换和卷积定理得出桩顶时域响应的半解析解。验证所得解的正确性后，研究分层土的模量比和厚度比对桩顶动力响应的影响。计算结果表明：土层上硬下软时，桩顶动刚度与阻尼的波动性减弱，导纳存在“小峰夹大峰”现象，峰值变大，反之，导纳呈“大峰夹小峰”。相比于上下均质土，桩底反射信号明显减弱。软土层越厚，桩顶动力响应的振荡幅值越大，土层厚度不一时，速度时程曲线中土层分界面出现反射信号，反射位置与土层分界位置密切相关。     

饱和土中挤土桩竖向振动简化计算模型

根据挤土分区模型,建立了饱和土中考虑孔压消散的桩侧非均质挤土区桩竖向振动简化计算模型;通过分离变量方法,得到了桩竖向振动频域解析解和时域半解析解,分析了挤土区对桩竖向振动特性的影响。数值计算结果表明:挤土区当量半径和桩周孔压增量比越小,桩周土对桩的约束作用越强;挤土区的存在使桩土间的相互作用减弱,采用均质土完全粘结模型过高地估计了土对桩的约束能力,实际工程中尽早开展挤土桩小应变反射波检测有利于获得较大的测试深度。     

非饱和粉土中模型支盘桩在重复荷载作用下的试验研究

设计了一个室内模型试验装置来研究支盘桩的承载和变形性能,对一个双盘模型支盘桩进行了5次循环加载–卸载的试验。通过对所采集的有关数据的研究,分析了该桩荷载传递的特点、桩身不同位置压力变化的特点和原因,特别是上、下两盘之间的土体对桩侧表面产生的摩擦力在不同条件下会出现正负的变化;分析了离盘不同距离的土体在每次加载过程中的压力变化情况,证明每次加卸载后桩周土体会建立起新的工作状态,直到多次重复后达到稳定。最后对如何合理设计支盘桩的桩距、盘间距来保证其工作性能提出了建议。     

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。