虚土桩扩散角对桩的纵向振动特性影响研究

在桩端土单层、桩侧土成层条件下,采用锥形虚土桩假设,研究虚土桩扩散角对桩纵向振动特性的影响。首先将桩体正下方到基岩的单层土体简化成锥形虚土桩,并划分为多个薄层,采用平面应变模型对桩侧士求解得到桩（和虚土桩）剪切复刚度,然后根据桩土耦合条件,求解桩（和虚土桩）纵向振动方程,利用复刚度传递法递推得到虚土桩桩顶的复刚度,并将...     

考虑土体径向位移时桩土耦合纵向振动特性及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对完整端承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合纵向振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土体的振动模态形式,然后利用该解,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,得到了桩的频域响应解析解、桩顶复刚度和速度导纳。利用所得解对土体动力反应特性和桩的纵向振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

低应变“桩—土”系统振动分析

本文有用动力学反问题建模方法，建立了“桩－土“系统模型，用比例模型桩实验，论证其理论的正确性，分析计算两类桩侧边界（自由，弹性）三种桩底边界（柔性，弹性，刚性）的系统动力参数，推出用于低应变动测法诊断桩身故障，分析单桩承载力的计算式。     

考虑桩土非完全粘结及桩底土波动效应的浮承桩纵向振动特性研究

为合理考虑浮承桩纵向振动问题中桩端土作用及桩-土界面相对位移条件,同时引入动力Winkler模型和虚土桩模型,建立了一种适用性更广的浮承桩纵向振动特性研究方法。引入分离变量法对三维土体位移控制方程进行求解,结合土体表面及基岩处边界条件得到三维土体位移基本解;通过将动力Winkler模型相关参数考虑为桩-土界面边界条件在频域内解析求解了桩纵向振动特性,并将所得频域解析解拓展到时域,采用离散傅里叶逆变换方法（IFT）求解了桩顶速度时域响应;开展参数化分析探讨了桩-土界面非完全粘结条件及虚土桩参数对浮承桩动力响应的影响,计算结果表明：桩-土界面完全耦合假定会过高估计桩侧土对桩的约束作用,无法合理评估桩基的抗振性能,并会对桩基抗振防振设计及桩底反射信号识别产生不利影响;另外,针对浮承桩纵向振动问题,采用虚土桩模型描述其桩底土作用具有合理性和必要性。     

考虑桩周饱和土扰动效应的楔形桩水平振动阻抗

为了计算考虑桩周土扰动效应下的楔形桩水平振动阻抗,将薄层饱和土径向离散,利用 Biot 波动理论建立饱和土的复刚度传递多圈层水平振动平面应变模型,计算径向非均质的桩周土对桩身的水平动反力;将楔形桩轴向离散,基于 Timoshenko 梁理论建立考虑桩身剪切振动效应的横向振动微分方程,利用传递矩阵法推导桩顶水平振动阻抗的半解析解。对考虑饱和土扰动效应下楔形桩水平振动阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明：在低频激振下增大楔形角能提高桩顶的水平阻抗,且随着振动频率的提高,增大楔形角会增强阻抗的频率依赖性;在低频激振下桩周土弱化会降低楔形桩的水平阻抗,且随着振动频率的提高,弱化效应会提高阻抗的共振幅值;对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对楔形水平振动阻抗的影响;对于桩身长径比小且高频振动的楔形桩,有必要采用可以考虑桩身转动惯量及剪切效应的 Timoshenko 梁模型描述桩身水平振动。     

分数导数描述的层状饱和土中考虑扰动效应的直桩垂直阻抗

为了计算考虑施工扰动效应的单桩垂直阻抗,基于饱和多孔介质理论及分数导数理论对地基的复刚度传递多圈层平面应变模型进行改进,计算了径向非均质的桩周饱和土对桩身的垂直动刚度。其次基于Rayleigh-Love杆模型建立了考虑桩段横向振动效应的轴向振动微分方程,并利用传递矩阵法求解得到了层状饱和土中考虑土体扰动效应的桩顶垂直阻抗的半解析解。对考虑桩周土扰动效应下桩顶垂直阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明:①桩顶垂直阻抗的共振峰值会随着分数导数阶数的增大而减小,并且该效应会随着外荷载激振频率的增大而越发明显;②对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对桩顶垂直阻抗的影响;③与地基表层覆盖软土相比,表层覆盖硬土能在外激振荷载较低时提高桩顶的动刚度系数,在高频时降低系统的共振效应。     

基于传递矩阵法的分层饱和土中单桩扭转动力阻抗

以分层饱和土中单桩扭转振动为研究对象,将桩周土体视为分数阶黏弹性饱和土,借助分数阶黏弹性本构模型和土体运动平衡方程、应力位移关系建立分层分数阶黏弹性饱和土层扭转振动微分方程。以两层分数阶黏弹性饱和土为例,讨论主要桩土力学参数对扭转动力阻抗影响。结果表明：下上层土体本构模型阶数比对扭转动力阻抗随频率变化曲线峰值影响较大,下上层土体剪切波速比、土层厚度比和桩土模量比对扭转动力阻抗的影响与频率有关,下上层土体液固耦合系数较小时,其对扭转动力阻抗的影响很小。     

单桩竖向动力阻抗计算方法及其影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理，改进Winkler地基梁模型，考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应，建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型，运用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程，确定了单桩的竖向动力阻抗函数。针对数值算例进行计算，将得到的单桩竖向动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的数值计算和分析结果进行对比，验证了建议计算方法的合理性；并通过变动参数计算，对影响桩基振动特性的各相关因素进行了比较分析。     

饱和土中桩竖向振动响应分析

基于Biot动力固结方程,研究了三维轴对称条件下饱和土中端承桩竖向耦合振动问题。首先对固结方程进行变形,通过算子分解法和分离变量法得到土体体积应变和空隙水压力的解,进而求得饱和土层竖向振动的解析表达式,然后联系桩土耦合条件,得到桩土系统的定解。通过与李强解对比,发现两解基本一致。对桩顶阻抗进行参数分析,得到一些有益的结论。     

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明：土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(Ld=10d～15d);当桩身长径比在L/d=5～10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。     

振动沉桩过程的动力学仿真分析

振动沉桩过程是一个非常复杂的过程,其复杂性源于土的动力性能和桩－土接触面的动力接触行为。应用Ｄ－Ｐ准则,借助ＡＮＳＹＳ软件,建立桩－土系统有限元模型,选取合适的桩－土系统参数,并得出在该参数下的桩位移曲线。改变激振力振幅、频率及土的内摩擦角、粘结力和压缩模量等参数值,得出相应参数下的桩位移曲线。通过对比原参数下的桩位移曲线与改变参数后的桩位移曲线,得出激振力幅值、频率以及土的刚度和阻尼对沉桩速度和沉桩量的影响。     

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。     

地震激励下桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响

为探讨桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响,以桩-土-结构耦合系统为研究对象,建立三维非线性有限元模型。采用Drucker-Prager非线性土体本构模型,利用罚函数法实现桩-土-结构界面间的非线性耦合作用,引入无反射边界条件,并考虑重力因素,得到了水平和竖直方向组合地震激励下桩-土非线性相互作用对桩基地震响应的影响。结果表明,考虑桩-土接触非线性,桩基的加速度响应峰值减小,桩土之间出现明显的分离现象,桩基剪力和弯矩峰值有所增加。通过对桩基轴力的校核,桩基不承受拉力,不会发生拔桩现象。     

竖向受荷长短桩基础的侧端阻力分析方法

运用幂函数有限项级数的表达式表示群桩中单桩的桩侧摩阻力分布函数,并基于弹性理论中的变形协调关系、桩体物理方程和力的平衡关系,推导了长短桩群桩基础中联系桩顶荷载和桩顶位移之间的刚度矩阵。利用该矩阵可以分析长短桩桩基础中桩侧摩阻力和桩端阻力的分布情况。对于不同桩长的群桩基础的侧阻力、端阻力与Poulos方法、Chow混合方法和有限元分析结果进行了比较,证明该方法是可行的,精度也满足要求。     

DX桩承载特性的模型试验研究

DX桩是近年兴起的新型变截面桩型,其独有的承力盘很好地改善了沉降问题。通过室内小比尺模型试验,得出DX桩承载力及沉降特性的相关规律,为DX桩承载机理的研究提供进一步的试验支持。试验主要采用应变片测量桩身受力情况,桩顶设置百分表测量沉降情况,加载装置采用砝码以及杠杆分级加载。试验主要为与直孔桩对比试验以及DX桩平行试验。试验结果证明DX桩在承载力和沉降方面都优于直孔桩;上盘承载力大于下盘,随桩顶荷载增大,下盘承载所占比重有所提高。     

桩与粘性阻尼土耦合纵向振动时桩顶时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体，土材料阻尼为粘性阻尼，从轴对称角度，对任意激振力作用下弹性支承桩与土耦合纵向振动时的桩顶时域响应进行了理论研究，求得桩顶位移阻抗函数解析解，给出半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩土系统的振动特性进行了分析，重点探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响，得到若干新的结论，最后将理论解与现场工程桩实测曲线进行了拟合对比，表明本文理论结果能够更好地反映客观实际。     

考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动特性研究

假设桩周土层为均质线性粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,桩为竖直弹性均匀圆形截面桩,从三维轴对称角度,对考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动桩顶频域振动特性进行了理论研究。利用拉普拉斯变换,首先通过对土层进行求解得到其振动扭转角位移形式解,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,研究得到了考虑桩土耦合作用时桩顶扭转频域响应函数的解析解。基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了对比和分析,并重点探讨了桩侧土粘性阻尼对桩顶响应的特殊影响,校验了基于平面应变假定桩基扭转振动理论解的精确性。     

船闸基坑边坡中桥梁基桩力学特性研究

为研究船闸软土基坑边坡中桥梁双桩基础的桩土相互作用复杂力学行为,计及渗流作用、滑坡推力、桩侧摩阻力、轴力效应及桩间土等因数影响,采用“m”法模拟桩土相互作用,根据力和力矩平衡条件建立桩基础控制微分方程,建立微分方程的二阶精度差分方程组,数值模拟基桩位移及内力。理论桩顶位移与现场监测桩顶位移吻合较好,验证了该文中理论分析方法的有效性,该理论分析方法可做实际工程设计与研究参考方法。     

层状地基中基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法

基于虚土桩模型及荷载传递法,针对理想弹塑性荷载传递函数,推导了均质地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的桩顶荷载-沉降曲线计算方法,且进一步利用递推方法将其推广到层状地基中并给出了桩身轴力及桩侧摩阻力的计算方法。在此基础上,给出了荷载传递模型参数的选取方法并分析了虚土桩计算长度的影响因素及取值方法。然后,利用该算法分析了桩及虚土桩压缩模量对荷载-沉降曲线的影响。最后,结合工程实测数据,对比了计算荷载-沉降曲线、实测曲线和由规范方法得到的荷载-沉降曲线,结果表明:在一定的荷载范围内,采用基于虚土桩模型的单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较为吻合,实际工程应用优于规范法。     

顶部自由、底部嵌固桩的稳定性分析

用能量法对顶部自由、底部嵌固桩在顶部集中荷载和桩侧摩阻力作用下的竖向稳定性问题进行了研究。对于部分埋置于Winkler地基中的桩,首先建立了桩的受力模型,根据边界条件给出了桩的挠曲函数,导出了系统总势能的表达式;然后根据最小势能原理推导了求解失稳问题的计算公式,用数值方法求得了桩的临界长细比()的数值解,通过对数值解的分析,最后得到了简捷易用的近似计算公式;最后给出了算例,计算表明：地基的抗力对有重要影响,当地基的抗力较大时,桩侧摩阻力对影响甚小。