双排刚性桩屏障对平面SH波的隔离性状研究

基于Twersky的理论,引入圆柱体对声波和电磁波的多重散射解析解,对用排桩隔离环境振动的问题,提出了一种新的求解任意排列、任意直径刚性桩对平面SH波多重散射的理论方法,解决了传统的假设单重散射的计算方法中不考虑桩列作为整体屏障从而忽略桩间相互干涉关系的不足.随后,在数值计算分析中讨论了散射重数,排间距,桩间距等因素对双排刚性桩隔振效果的影响,对实际工程中利用排桩进行振动污染治理和屏障隔振的设计提出了有意义的结论.     

周期分布群桩屏障对平面弹性波隔振效应的解析求解

基于平面波入射下周期分布散射体周围波场的周期分布特性,创造性地提出一种求解无限周期分布群桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先推导适用于任意坐标系间波函数转换的Graf加法定理,进而采用波函数展开法,充分利用不同周期单元周围的波场完全相同但仅因位置的不同而在频域内相差一个相位的特征,仅需选取一个周期单元分析即可求解整个群桩屏障的散射波场。该解析方法弥补了以往理论分析中桩数较多时难以求解的不足,同时具有精度高、计算量低和显著降低求解时间的优点,便于分析桩体数量较多的群桩屏障隔振规律。重点讨论桩排数、桩体间距和群桩排列方式等因素对隔振效果的影响,结果表明:(1)群桩屏障对SH波的隔离效果主要体现在归一化频率0.2～1.2的较低频段,对SV波的隔离效果主要体现在0.6～1.8的中等频段,对P波的隔离效果主要体现在1.2～1.5和2.2～2.8左右的中等和较高频段;(2)桩排数的增加对SH波隔离效果的提高随每排桩的增加能够提高至50%,对SV波隔离效果的提高随每排桩的增加能够提高至33%,而对P波隔离效果的提高随每排桩的增加提高不超过10%;(3)减小桩体间距有助于提高群桩屏障的隔振效果,但减小排间距的影响较小,而减小列间距则提升明显;(4)整体上梅花形排列的隔振效果优于矩形排列,仅在入射波频率η=0.7～1.8的一个小频段内矩形排列优于梅花形排列。     

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。     

多排现浇薄壁管桩(PCC桩)屏障隔振性能研究

首次提出将多排现浇薄壁管桩用于屏障隔振。现浇薄壁管桩(简称PCC桩)是一种新型的地基处理技术,目前对于其作为非连续屏障隔振的研究还是空白。本文采用三维有限元方法,研究了屏障排数对PCC隔振性能的影响。结果显示,多排PCC桩作为整体隔振屏障系统是有效的。随着桩排数的增加,屏蔽区的振幅会显著减小,但对屏蔽区的面积影响不大。此外排数的增加,屏蔽区外会出现一个振幅放大区域;排数越多,放大区的范围越大。取三排桩屏障时,整体隔振效果较好。和同直径的实心桩相比,PCC桩能达到相同的隔振效果,并且很经济。     

三维层状地基排桩远场被动隔振分析

 屏障隔振是治理振动污染一种极为有效的手段,被广泛应用到工程实际中,但目前关于屏障隔振的研究主要基于弹性均质半空间条件,而对更符合实际的层状地基屏障隔振问题则鲜有报道,尤其是层状地基中复杂的三维非连续屏障隔振问题。将三维直角坐标下的二次形函数薄层法基本解答代入弹性动力边界积分方程,得到薄层法半解析边界元法,分析不同桩长和不同桩土剪切模量比对排桩隔振效果的影响。结果表明：(1) 上软下硬层状地基中的排桩被动隔振,排桩的有效深度为2.5左右,远大于排桩在均质地基中的有效深度1.0;(2) 对于上硬下软层状地基,排桩的有效深度为2.0左右,小于上软下硬地基中排桩的有效深度;(3) 当桩与表层土剪切模量比5≤G*≤30时,随G*的增加,排桩隔振效果增加明显。     

多排桩屏障远场被动隔振分析

视桩为弹性半空间中的异质体，以瑞利波散射的积分方程为基础，首次对多排桩屏障的远场被动隔振效果进行了三维分析。详细讨论了影响隔振效果的几个主要参数，指出非连续排桩屏障隔振起到的是整体屏蔽作用。研究表明，影响多排桩屏障体系隔振效果的厚度主要取决于桩的排数，与桩的截面尺寸关系不大；密布小截面多排桩隔振效果与空沟和填充沟相当；桩的排距对隔振效果影响小；每一排桩的桩间净距是影响隔振效果的重要参量，为了获得满意的隔振效果，应控制相邻桩的桩间距足够小。最后，通过工程实例验证了多排桩的隔振效果。     

多排桩非连续屏障对平面弹性波的隔离

假定桩体的长度远大于直径,将多排弹性桩组成的非连续屏障对平面弹性波(P波和S波)的隔离简化成弹性波多重散射的二维平面问题,运用复变函数的保角映射方法和波场势函数展开法,根据桩体与周围土体介质完全联结(即应力和位移连续)的边界条件,得到散射和折射波场势函数展开式的待定复系数的理论解;通过分析位移比值(屏障后土体内某点由入射波和散射波产生的总位移与入射波单独产生的位移之比)的变化规律,对比单排、双排和3排桩屏障的隔离效果。研究结果表明:(1)当屏障的整体宽度和每排的桩数相同时,多排桩屏障对P波、SH波和SV波的隔离效果都随着桩排数的增多而提高;(2)当屏障整体宽度和桩总数相同时,紧密布置的单排桩对P波、SH波和SV波的隔离效果都比交错布置的双排桩更有效;(3)多排桩屏障对SH波和SV波的隔离效果比P波要好。     

排桩隔振试验分析

基于实体桩现场测试试验的基础上,研究了饱和土地基中非连续屏障对振动的隔离,分析了饱和土体渗透性对非连续屏障隔振效果的影响,研究表明在一定条件下,实芯桩的桩径对隔振有一定影响,随着桩径的变大,隔振效果逐渐变好,通过动态分析测试系统对测点三个方向检测,可得振动对于场地在三个方向上的影响是不一样的,对于两排组合桩与单排桩的比较,本试验组合桩的隔振效果比单排桩效果大致相差不大。     

排间距对双排小孔径抗滑桩的影响研究

现阶段抗滑桩在公路、铁路边坡抗滑工程的应用越来越多。为了获取双排小孔径抗滑桩排间距对桩身破坏特征的影响,评价双排小孔径抗滑桩的安全性,对双排小孔径抗滑桩的排间距进行分析和研究。通过对通平高速公路某边坡双排小孔径抗滑桩施工后的监测、室内比例模型试验和有限元软件模拟,得到此类抗滑桩的受力分配和破坏形式,进而分析排间距对双排小孔径抗滑桩破坏桩顶位移的影响。通过有限元软件对不同排间距进行抗滑桩破坏模拟,发现排间距对双排小孔径抗滑桩存在的影响关系,从而提出合理的桩间距建议,为以后此类工程选用合理的桩间距提供了依据和参考。     

联结式排桩隔振系统及其数值模拟

在低频入射波作用下,传统的自由式排桩结构的隔振效果并不理想。基于此,提出了一种新型的排桩隔振结构,即联结式排桩,并建立了数值模型对其隔振效果进行数值模拟。为了建立联结式排桩的隔振计算模型,利用序列Fourier变换及边界元方法,建立了波数域内桩-土耦合的边界元模型。基于上述边界元模型,利用桩顶和梁端的联结条件,波数域内的周期性条件及上部联结梁的传递矩阵,建立了波数域内联结式排桩的计算模型。对排桩波数域内的解进行序列Fourier逆变换,即得空间域内排桩的解。基于所建立的模型,本文研究了在圆形载荷作用下,单排及双排联结式排桩的隔振效果。数值结果表明,联结式排桩的隔振效果要明显优于自由式排桩,因此,联结式排桩是一种更为有效的隔振设施。     

基于Floquet变换方法的单排桩隔振数值模型

基于Floquet变换方法,建立了周期性排桩隔振问题的数值计算模型。首先利用Muki的虚拟桩方法,将桩土体系分解为拓展半空间弹性土和一系列虚拟桩。利用半空间土体的基本解,自由波场解及桩土协调条件,建立了排桩的第二类Fredholm积分方程。根据Floquet变换方法,得出了排桩在波数域内的积分方程。求解该积分方程即得排桩在波数域内的解,对波数域内的解进行Floquet逆变换,即得排桩在空间域内的解。数值结果表明,Flo-quet变换方法的结果与直接叠加法的结果完全吻合。利用所建立的数值模型,文中对桩长、桩土弹性模量比、桩间距对排桩隔振效果的影响进行了分析。     

列车运行引起高架桥群桩基础地面振动分析

采用半解析数值方法分析列车运行引起高架桥群桩基础地面振动,研究合理设计桩基减小地面振动。半解析数值模型包括列车–轨道模型、高架桥模型、群桩模型。列车轨道模型中采用多质点弹簧–阻尼模型模拟列车,采用美国功率谱描述轨道随机不平顺,使用Euler梁模拟钢轨,采用Hertzian非线性公式描述轮轨接触,采用振型分解法求解轮轨作用力。铁路高架桥采用弹性支座简支梁模拟,采用传递系数矩阵和群桩影响因子分析桥墩下群桩的动力阻抗,根据桥墩的动力平衡方程求得桥墩–地基相互作用力,采用Green函数求得弹性半空间地面振动。研究铁路高架桥下群桩参数对地面振动的影响,分析不同桩长、桩直径、桩间距和轨道不平顺条件下地面振动速度1/3倍频程的大小。结果表明:轨道不平顺对桥墩作用力有较大影响,对小于6 Hz的地面振动影响较小,对大于6 Hz的地面振动影响较大。合适调整桥梁跨度与车速组合可减小地面振动。车速小于260 km/h时,桩径对地面振动影响较小;车速大于260 km/h时,增加桩径可减小地面振动。适当增加桩间距可避开振动增大区、减小地面振动随车速的增加。合理设计桩长可减小地面振动的增大区域。     

水平荷载下双排抗滑桩的排距对受力的影响

针对水平荷载作用下双排抗滑桩排距对其受力的影响进行了研究,分析了桩距、桩数、受荷方式、桩顶嵌固等因素的影响,得出了双排桩的排距大于一定值后两排桩将不再相互影响的结论。     

单排空心管桩屏障对平面SV波的隔离效果研究

参考圆柱坐标系下一排圆柱体对弹性波的多重散射,根据桩土界面处应力和位移连续的条件,得到了非连续空心管桩屏障对入射平面SV波散射系数的理论解。通过引入无量纲位移幅值,即屏障后土体的竖向位移与入射平面SV波引起的竖向位移的比值,比较了不同形式的屏障对入射平面SV波的隔离效果。讨论了桩间距、屏障的位置和管桩的剪切模量(刚度)对单排空心管桩屏障对平面SV波隔离效果的影响,为非连续屏障的隔振设计提供了理论依据。     

基坑双排斜桩模型试验研究

伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。     

排桩屏障隔振试验分析

基于实体桩现场测试试验的基础上,研究了饱和土地基中非连续屏障对振动的隔离,分析了饱和土体渗透性对非连续屏障隔振效果的影响。研究表明在一定条件下,实芯桩的桩径对隔振有一定影响,通过动态分析测试系统对测点三个方向检测,可得振动对于场地在三个方向上的影响是不一样的。