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。     

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。     

饱和土层中组合圆柱桩的轴对称竖向振动

应用弹性理论和饱和多孔介质理论,将组合圆柱桩和饱和土层分别视为弹性介质和饱和黏弹性介质,考虑组合桩的径向变形以及饱和土层对组合桩身的水平径向力作用,研究饱和黏弹性土层中端承弹性组合圆柱桩的竖向稳态振动。在频率域得到组合圆柱桩竖向振动的轴对称解析解以及桩头复动力刚度的解析表达式,给出组合圆柱桩桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应曲线,考察饱和土物性参数、模量比、桩长径比以及组合桩的内外径比等参数对桩头动刚度因子和等效阻尼的影响。结果表明:虽然组合圆柱桩精确轴对称解的桩头静刚度与经典Euler杆模型桩的桩头静刚度几乎相等,但是对于短粗组合圆柱桩,其轴对称模型动刚度因子和等效阻尼的幅值小于经典Euler杆模型桩的相应结果。并且,组合圆柱桩的内外径比对其动刚度因子和等效阻尼有显著影响。     

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。     

Rayleigh波作用下非饱和土中单桩水平振动解

非饱和土在自然环境和工程界中普遍存在，对于Rayleigh波作用下非饱和土中单桩的水平振动响应，目前仍没有较完善和准确的理论计算方法。针对该问题，基于三维连续介质力学，先求解非饱和多孔介质波动方程得到Rayleigh波弥散特性下土体的自由场振动响应，再利用平面应变模型和动力Winkler模型模拟非饱和土和桩的耦合振动，进而引入桩土边界条件、势函数并采用分离变量法推导出桩顶水平位移相互作用因子的表达式，并通过其退化解与已有文献中的解的对比验证了本文模型的合理性。利用所得解分析了土体的饱和度、泊松比及桩土模量比对桩身水平动力特性的影响规律。结果表明：随土体饱和度增加，相互作用因子逐渐减小，当饱和度大于0.999时整个桩身的水平位移才出现较为明显的减小；相互作用因子随土体泊松比增加而逐渐减小，且减幅随激励频率的增加而增大；桩土模量比增加时，相互作用因子减小且减幅逐渐变弱，最终稳定于一常值，同时激励频率的增加会导致到达稳定值所对应的桩土模量比越小。     

桩土耦合扭转振动理论研究与特性分析

从三维轴对称角度出发,对弹性支承桩与均质土耦合作用时的扭转振动特性进行了研究分析。假定桩为竖直弹性均匀截面桩,土为线性黏弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼,首先通过对土层进行求解得到其振动扭转角的形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续和力连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了弹性支承桩在谐和激振扭矩作用下频域响应函数解析解,并利用所得解对土层动力反应特性以及桩土体系的扭转振动特性进行了深入分析,得到了一些新的结论。     

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。     

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...     

扭转波应用于低应变动力测桩的理论研究

给出层状土中多缺陷桩在桩顶冲击扭矩作用下桩顶扭转响应的解。考虑了桩土相互作用。应用Laplace变换和传递矩阵 ,解桩的满足初始条件和边界条件的一组偏微分方程 ,导出桩土系统的传递函数 ,得到桩顶某点扭转振动速度的频率响应函数和频率域表达式。该点扭转振动速度时程由快速Fourier逆变换计算。用这种解研究桩的扭转波特征 ,其结论对应用扭转波进行低应变动力测桩有指导意义     

分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动

将管桩桩周土和桩芯土均看作粘弹性介质,同时运用分数导数Kelvin粘弹性本构模型描述桩周土和桩芯土的应力应变关系。仅考虑桩周土和桩芯土的环向位移,通过Fourier变换和分离变量法求解了桩周和桩芯分数导数Kelvin粘弹性土的扭转振动。考虑桩周土和桩芯土对管桩的作用力,建立了分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动方程,通过求解管桩的扭转振动得到了频率域内管桩桩顶的扭转复刚度。结果表明:桩周土本构模型参数α1和Tb1对管桩的扭转振动有一定的影响,而桩芯土的本构模型参数α2和Tb2对管桩扭转振动的影响与频率有关;桩芯土与桩周土剪切模量比μ小于1且μ较大时,扭转复刚度实部和虚部随频率变化曲线波动较大,而μ大于1时其对管桩扭转振动的影响很小;管桩壁厚、长径比和管桩与土体的剪切模量比Gp对管桩的扭转影响较大。     

基于Novak薄层法的部分埋入式单桩的扭转振动

在Novak平面假定的基础上将土体视为由无穷多带一圆孔的薄的土层组成,求得等效Winkler扭转弹簧-阻尼器的刚度系数和阻尼系数,在此基础上建立了部分埋入式单桩埋入部分和外露部分桩基的扭转振动微分方程,利用部分埋入式单桩的连续条件和边界条件求解了部分埋入式单桩的扭转振动。部分埋入式单桩的扭转振动与完全埋入式单桩一样都存在有共振现象,当外露部分桩长减小时部分埋入式单桩的扭转振动可以退化到完全埋入式单桩的情况,土体剪切模量越大,土体对桩基的扭转作用越大。     

饱和土中部分埋入桩基础的扭转振动特性研究

将桩上部基础视为刚性基础,并将桩分为土体之上的桩段1和完全埋入土体的桩段2,利用已有桩顶扭转阻抗的表达式,求得了基础无量纲转角的幅频响应,给出了桩土系统主要参数对桩基础振动特性的影响。     

Torsional vibrations of a cylindrical foundation embedded in a saturated poroelastic half-space

Considering the interactions between an embedded foundation and saturated soil, the torsional vibrations of a cylindrical foundation embedded in a saturated poroelastic medium are analyzed in this paper. Both a rigid foundation and an elastic foundation are considered. Assuming both the side surface and the bottom surface of the foundation are perfectly bonded to soil, the reaction torques that the side soil and bottom soil acting on the foundation can be gained from basic dynamic equations of the poroelastic medium. According to the dynamic equilibrium equations of a foundation under harmonic torque, the torsional vibrations of an embedded cylindrical foundation are presented. Besides, the angular amplitude of the foundation, the equivalent stiffness and damping coefficients of the soil are expressed explicitly. Selected examples are presented to investigate the influence of relevant parameters on the torsional vibrations.     

饱和土中端承桩水平振动动力响应分析

基于Biot动力固结方程,研究了端承桩在饱和土中水平振动问题。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得到简谐稳态水平振动下桩土动力响应的解析解。将本文解与等效单相解进行了对比,并阐明两解之间的关系。通过参数分析,表明渗透系数对桩土水平动力阻抗有一定影响,指出可等效成等效单相解的条件。     

层状地基中群桩的水平振动特性

采用动力Winkler地基模型模拟桩土之间的动力相互作用,并运用传递矩阵法考虑地基土的分层特性,提出了计算层状地基中单桩和群桩动力阻抗函数的一种简化方法。在计算动力相互作用因子时考虑了“被动桩”与周围土体之间的相互作用。最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行了对比,同时与有关现场试验结果作了比较,验证了本文方法的有效性。     

层状地基中单桩的扭转变形分析

研究了扭矩作用下单桩的扭转变形。采用积分变换和传递矩阵方法求解成层土在内部环形荷载作用下的基本解;利用此基本解并考虑桩土位移协调条件,提出了层状地基中单桩扭转变形的半解析方法;通过一匀质地基算例验证了该理论方法的正确性,并给出了双层地基模型的数值分析结果。     

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。