扩底大直径桩-饱和土耦合振动数值模拟分析

基于大型有限元软件ANSYS建立饱和土中扩底大直径桩的纵向振动数值计算模型。对桩顶施加半正弦脉冲,并得出桩顶节点的速度时域曲线。在此基础上分析了桩侧土中水的体积分数以及桩侧土的剪切波速对桩顶速度时域曲线的影响,进一步完善了扩底大直径桩纵向振动特性的研究,对工程实践有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

三维波动土中带承台单桩的纵向振动特性研究

基于考虑三维波动的桩周土模型和虚土桩法,研究三维波动土中承台–桩–土相互作用的纵向振动特性。首先,根据桩周土和虚土桩的成层性将桩土系统划分为若干层,运用阻抗函数递推法得到桩顶的位移阻抗函数,进而得到承台–桩系统的位移响应的频域解析解,利用Laplace逆变换得到承台–桩系统位移时域响应的半解析解。然后通过参数分析,研究桩周土的剪切波速、黏性阻尼系数和泊松比对承台–桩系统纵向振动的影响;同时研究多层土中硬质夹层剪切波速,厚度和深度对承台–桩系统纵向振动的影响。研究结果表明,相比于桩侧土黏性阻尼和泊松比,桩侧土剪切波速对承台–桩系统纵向振动影响更大;上层土对承台–桩系统纵向振动的影响大于下层土。最后将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,证明该三维波动土中承台–桩–土相互作用的模型较为合理。     

带承台单桩耦合体系纵向振动的重正化解法研究

 从非线性振动力学的角度出发,基于重正化方法研究非均匀地层中带承台单桩耦合体系的纵向自由振动问题。采用弹簧耦合单元块体的形式对单桩及桩侧土体进行离散,并用广义Voigt串联体描述黏弹性土层的摩阻效应,建立多段多自由度非线性承台–单桩–土纵向振动模型。通过重正化坐标转换原则给出振动模型的纵向振动频率解,并引入质量参振分配系数对不同情况下的振动频率方程进行表征,进而通过算例验证重正化解法的正确性和准确性。最后考察桩身质量、材料刚度、承台质量及桩侧摩阻力对耦合体系自由振动频率的影响规律,研究成果可为带承台桩基础动力设计提供参考。     

标准线性体条件下桩的纵向振动特征响应

本文研究了桩侧土为双Vogit体．桩底土为标准线性体条件下,桩土系统的振动特性,并求得了桩顶在瞬态半正弦脉冲荷载作用下,桩的时域纵向响应的半解析解．同时结合机械阻抗法,重点研究了桩底土模型中的主要参数对于频域曲线的影响,经过分析判断在此模型中,桩底土的刚度因子对于整个桩土振动系统影响较大。     

考虑竖向波动效应的径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动响应研究

基于黏性阻尼土体三维轴对称模型,考虑桩周土体竖向波动效应和施工扰动引起的径向非均质性,将桩简化为等截面弹性体,通过建立管桩-土体体系纵向耦合振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解答,且将所得桩顶动力阻抗解答与已有相关解答进行退化验证其合理性,在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩长、桩内径、桩周土施工扰动程度和施工扰动范围对管桩纵向振动特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。     

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。     

大直径桩低应变测试纵波法数值模拟

桩基的完整性直接关系其承载性能,目前多用低应变反射法进行检测。作者建立了桩顶竖向瞬态激振力作用下非完整桩纵向振动模型,基于MATLAB数值计算平台,采用有限差分法进行求解,获得桩顶竖向振动速度。该计算平台可对完整桩、缩径桩、扩径桩进行数值模拟。结合工程实例,对大直径完整桩和缩径桩进行了数值模拟,结果表明数值计算结果和实测曲线具有较好的一致性。     

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。     

考虑桩身三维效应下的大直径薄壁管桩–桩端土塞耦合振动模型及其解析解

对大直径薄壁管桩而言,其在低应变测试条件下的动力响应特性需要同时考虑桩端土塞的影响以及桩身三维效应。据此,提出考虑桩身三维效应影响的大直径薄壁管桩–桩端土塞耦合振动模型,并得到其在复数域内的纵向振动解析解答及其时域内半解析解,并将该解答与基于Rayleigh-Love杆模型的既有理论解进行比对,2种解的一致性进一步证明了考虑横向惯性效应一维杆模型在解决含土塞管桩动力问题上的合理性,同时为这类问题提供了改进的解析模型及求解方法。在此基础上,利用该解的优势,对大直径薄壁管桩的外径尺寸、壁厚和土塞高度等参数组合对低应变测试结果的影响进行研究,使其结果能够为现场工程测试提供理论支持与指导意见。     

道路与铁道工程中引发场地振动的排桩减隔振分析

为解决道路与铁道工程中引发场地振动污染问题，提升排桩减隔振效果，利用有限元软件ABAQUS，依据道路工程、铁道工程与减隔振排桩的具体信息，建立了包含道路工程、铁道工程与减隔振排桩的三维分析模型，分析了不同排桩参数对其减隔振效果的影响，以获取道路与铁道工程中引发场地振动的最佳排桩布置方案，缓解振动污染问题。结果表明，适当缩短排桩间距，可提升排桩的减隔振效果，最佳排桩间距为0.6m；适当增加排桩桩长，可提升排桩的减隔振效果，最佳桩长为12m；适当增加排桩排数，可提升排桩的减隔振效果，最佳排桩排数为3排。     

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...     

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。     

层状横观各向同性饱和地基中桩基的纵向耦合振动

基于层状横观各向同性饱和土地基模式,研究了桩基在饱和土体中的纵向耦合振动问题。首先,根据饱和介质三维波动理论的Biot模型,利用Hankel变换,给出横观各向同性饱和土波动方程的轴对称通解;利用通解,建立了饱和土层的精确动力刚度矩阵,进而构建出盘面和竖向柱面荷载作用下,土体与结构动力相互作用的Green函数;其次,根据桩-土界面的位移协调及平衡条件,用边界单元法构建了层状饱和地基与桩相互作用的动力方程和计算公式,给出求解层状横观各向同性饱和地基与桩基纵向耦合振动的一般解法。算例表明:土介质的各向异性参数、饱和土孔隙率和桩-土模量比,对低频振动桩的动力刚度影响不大,但对高频振动影响显著。     

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。     

风化粉砂岩类地层钢板桩振动沉桩可行性分析

振动锤沉桩是钢板桩施工最常采用的沉桩工艺,但在风化岩类地层采用振动锤施打钢板桩,目前,工程经验和理论研究均较缺乏。鉴于此,依托具体工程,采用纵向一维振动模型模拟钢板桩、Smith-viscous模型模拟动土阻力,考虑振动锤能量和锁口阻力不同,通过数值计算对比分析钢板桩的沉桩入土深度、贯入度等沉桩参数,分析结果可为振动锤选型及沉桩工艺优化提供依据。