瑞利波作用下成层地基中单桩横向振动分析

采用文克勒地基梁模型建立了成层地基中桩土相互作用的粘弹性模型,并利用现有的成层地基中的瑞利波弥散曲线解析解,通过解析法建立了瑞利波作用下多层介质中的桩体横向位移计算公式。在此基础上通过计算实例分析发现,无量纲频率α0、桩土相对刚度比Ep/Es、桩顶约束条件是影响桩体横向位移变化规律的主要因素,随着无量纲频率、桩土相对刚度比的增大,桩土分离的现象逐渐变得显著,桩顶约束的出现也会引起相同的结果。     

成层地基中桩顶导纳曲线的特性研究

本文在分析桩－土动力相互作用的基础上，给出了成层地基中桩顶导纳曲线的理论计算方法，并对桩的长径比，桩身强度，桩侧及桩尖土的力学特性等参数对导纳曲线的影响进行了探讨，得到了一些与均匀地基下不同的规律，这些结论对实际桩基检测具有一定的指导意义。     

地震荷载作用下水泥搅拌桩的动力响应

将Ｇａｚｅｔａｓ的动力Ｗｉｎｋｌｅｒ模型应用于水泥搅拌桩复合地基的抗震分析，并将该地基模型推广到更加符合于工程实际的双层地基。文中详细探讨了软土地基剪切波速、软土层厚度及地震频率对水泥搅拌桩单桩最大弯矩的影响，给出了桩顶铰接时桩顶力的动相互作用系数。在计算群桩效应时根据柔性桩的特性，将Ｇａｚｅｔａｓ所用的方法做了进一步简化。本文为研究“浮桩”基础（如油罐地基等）提供了一个初步的分析方法，尤其对水泥搅拌桩复合地基抗震设计有指导意义。     

瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩竖向动力响应计算研究

在前人对瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩动力响应简化算法研究的基础上,将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到该领域的研究中,得到了单桩竖向动力响应的计算公式。在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩竖向响应的影响,并与原简化公式的结果进行了对比。     

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明：考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。     

基于Winkler地基理论的横向受荷长桩非线性动力响应模型试验

基于Winkler模型,将弹性地基离散化为线性弹簧,建立长桩-弹簧动力相互作用模型试验系统,研究了桩顶横向简谐激励下桩基的非线性动力响应.通过两组共12种工况模型试验,分析了桩身参数、地基约束、桩顶配重和激励特征等对桩基动力响应幅值、共振和空间运动的影响.试验结果表明:随激励幅值增大,桩基动力响应的非线性特征显著;在特...     

成层饱和土中桩纵向振动特性研究及应用

采用Winkler地基模拟土层间的相互作用,建立了三维轴对称条件下饱和成层土中弹性支承桩纵向振动的简化模型,通过势函数分解和分离变量方法得到饱和土层的振动形式解,进而利用桩土完全接触条件求解出任一桩段的耦合振动解,根据复阻抗传递原理得出桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解,在此基础上,分析了分层模型的合理性以及土层参数对桩顶动力响应的影响,最后结合工程实例对比了分层模型和单层模型,结果表明,采用分层模型可以取得更好的拟合效果。     

群桩基础对结构地震响应主动变刚度(AVS)控制的影响

建立了群桩基础上结构系统的主动变刚度（AVS）控制地地震反应分析方程，讨论了土－群桩基础－结构动力相互作用对主动变刚度控制减震效率的影响。数值计算结果表明，土层越软，AVS对桩基础上结构地震反应的控制效果越差，因此，对于软土地基上的结构实施AVS控制时，在进行控制设计是一定要考虑土－结构动力相互作用。     

分层土中变截面桩振动问题半解析解的研究

本文首先考虑桩端的弹性阻尼支承,建立了具有多个变截面的桩与分层土相互作用的数学模型。其次,采用积分变换法对该模型进行了求解,得到了在桩顶任意荷载激振下桩顶振动响应的半解析解。最后,获得了瞬态半个正弦波荷载作用下桩顶速度响应的半解析解,并且研究了激振力的持续时间、变截面程度对桩顶速度是域响应的影响。     

横向激励下桩基主共振响应中群桩效应分析

基于已建立的横向激励下单桩的非线性动力学模型,利用单桩的运动方程和多尺度方法,求得单桩的主共振幅频响应方程。进而基于Vlasov地基模型及确定群桩相互作用系数的经验方法,得到弹性地基参数的修正值。最后,运用两桩基础的幅频响应曲线、桩端横向位移演变值和桩身剪力变化情况研究了群桩效应对桩基主共振响应的影响,同时分析了边界条件对群桩效应作用的影响。结果表明:群桩效应会导致基桩主共振响应更复杂,且其影响的发挥与桩端约束、桩间位置关系等因素均密切相关。     

应力波在基桩中的传播特性

将基桩简化为一维弹性杆，研究了位移波和应力波在不同类型的基桩中的传播特性。同时，本文分析了位移波和应力波在固定端、自由端和弹性支承端的反射特点。在固定端，位移为零而应力加倍；在自由端，应力为零而位移加倍。通过对应力波在基桩中的传播特性的分析，不仅有利于提高基桩动测的理性认识，而且为实测响应的解释和参数的估计提供了较为严格的理论依据。     

Free vibration of semi-rigid connected Reddy-Bickford piles embedded in elastic soil

The literature on free vibration analysis of Bernoulli-Euler and Timoshenko piles embedded in elastic soil is plenty, but that of Reddy-Bickford piles partially embedded in elastic soil with/without axial force effect is fewer. The soil that the pile partially embedded in is idealized by Winkler model and is assumed to be two-layered. The pile part above the soil is called the first region and the parts embedded in the soil are called the second and the third region, respectively. It is assumed that the behaviour of the material is linear-elastic, that axial force along the pile length to be constant and the upper end of the pile that is semi-rigid supported against rotation is modelled by an elastic spring. The governing differential equations of motion of the rectangular pile in free vibration are derived using Hamilton’s principle and Winkler hypothesis. The terms are found directly from the solutions of the differential equations that describe the deformations of the cross-section according to the high-order theory. The models have six degrees of freedom at the two ends, one transverse displacement and two rotations, and the end forces are a shear force and two end moments. Natural frequencies of the pile are calculated using transfer matrix and the secant method for non-trivial solution of linear homogeneous system of equations obtained due to values of axial forces acting on the pile, total and embedded lengths of the pile, the linear-elastic rotational restraining stiffness at the upper end of the pile and to the boundary conditions of the pile. Two different boundary conditions are considered in the study. For the first boundary condition, the pile’s end at the first region is semi-rigid connected and not restricted for horizontal displacement and the end at the third region is free and for the second boundary condition, the pile’s end at the first region is semi-rigid connected and restricted for horizontal displacement and the end at the third region is fixed supported. The calculated natural frequencies of semi-rigid connected Reddy-Bickford pile embedded in elastic soil are given in tables and compared with results of Timoshenko pile model.     

轴向荷载作用下非均匀地基中单桩及群桩分析

该文发展了一种非均匀地基中单桩及群桩分析方法。该方法将桩身离散成若干圆柱形和圆形单元,相应地也将与桩接触的土体界面离散成同样类型和数量的单元,分别建立桩单元和土体界面单元的应力与位移方程。建立桩身单元的位移应力方程时,采用压缩杆理论;建立土体界面单元方程时,采用层状材料基本解。然后,采用桩和土体界面上位移相容条件建立整体方程,计算垂直荷载作用下单桩及群桩的荷载和位移,并且给出桩-基础滑移的计算方法。最后进行了算例分析。由于采用了层状材料的基本解,该数值方法能处理力学参数沿深度方向任意变化的地基。     

海洋环境下桩-土相互作用问题的数值解

考虑波压力对海床土体应力状态的影响,基于Biot固结理论及虚拟桩技术对海洋桩-土相互作用体系进行了数学建模,并应用FlexPDE对所建立的数学模型进行了数值求解,得到了作用在桩体上的侧向土压力、桩体周围土体有效正应力以及自由场土体相对水平位移和相对垂直位移的分布,这些结果可为海洋桩基的设计与监测提供依据。     

A numerical study of piled raft foundations

Abstract

This paper presents raft‐pile‐soil interaction for a vertically loaded flexible piled raft on layered subsoil using a two‐dimensional finite difference numerical tool. The subsoil is modeled as a linear elastic material and the raft is modeled as a beam structure under plane strain. In addition, the piles are simulated by a series of pile elements considering the pile/soil interface behavior. In the simulations, the required input parameters of soil, pile and interface are determined by back analyses of pile loading tests. Settlement, bending moment, both in pile and raft, as well as effects of raft flexibility for vertical uniform loading in the subsoil were examined. It is found that even though for vertical uniform loading, a relatively high bending moment may be induced in the piles due to lateral displacement of the stressed subsoil. For the case of a piled raft placed over a soft clay layer at ground surface the contact pressure at the raft‐soil interface is merely 4 ～ 6% of that developed in the unpiled raft. Nevertheless, the contact pressure may reach 15 ～ 25% of that of the unpiled raft if the piled raft is resting on a sand layer at the ground surface. This implies that the loading carried by the pile group could be reduced by almost 1/4 of the design load and it could eventually reduce the cost of pile group construction to a certain extent.     

DX旋挖挤扩灌注桩群桩数值分析研究

通过数值计算软件FLAC3D对DX旋挖挤扩灌注桩（简称DX桩）群桩的承载性状和桩周土体的沉降规律进行了研究。分析了桩间距、承力盘布置对群桩极限承载力和沉降控制能力的影响,并比较了6根基桩的DX群桩和8根基桩的直桩群桩的极限承载力。研究结果表明：DX群桩的基桩具有DX单桩的受力性状。承力盘下方土体位移大于承力盘上方土体位移,盘腔上部出现临空面。3D(D为盘径)桩间距的承载力和沉降控制能力最佳。同一地层内,承力盘布置方式（平行、错开布置）对DX群桩的承载力影响甚微。6根基桩的DX群桩的极限承载力是8根基桩的直     

桩-土复合地基抗液化数值试验分析

在自由场中设置群桩基础,改变桩基间距,应用FLAC3D作系列三维桩基础非自由场液化数值模拟试验,从桩对液化土的反作用这一方面,研究群桩设置对场地液化分布的影响,揭示群桩抗液化效应。试验结果显示,群桩改变了自由场的特性,群桩非自由液化场水平向不再同性。相对于自由液化场,群桩约束了内部土体自由应变,加大了桩-土结构复合地基的整体抗剪刚度,适当间距的群桩抑制下部土液化的效应较明显,超孔压比降低20%,群桩对上部土体的抗液化效应不大。桩基间距越小对近处场地液化的抑制作用越大,对远处液化的强化作用也越大,桩间距越大抑制作用越小,对远处的强化作用也越小。桩间距相同,桩径加大,桩间场液化度降低。研究成果为桩-土结构复合地基抗液化设计提供理论及试验基础。     

成层液化场地条件下单桩振动分析

将层状土中桩基振动相关理论扩展应用到考虑土层液化的桩基振动的研究,借助于Winkler弹簧-阻尼器模型描述液化土和非液化土与桩基之间的动力相互作用,利用初参法和传递矩阵法得到了地震激励作用下考虑土层液化的桩基桩顶位移放大因子。结果表明,液化后的土层软化系数、土层厚度、桩身抗弯刚度和桩身线质量密度等对考虑液化的桩基振动特性有较大的影响。