低应变瞬态荷载作用下基桩动力响应解析解

目前广泛采用的基桩低应变检测问题的理论基础是基于平截面假定的一维应力波理论。而实际上,锤击产生的应力波是三维应力波,不仅沿桩身纵向传播,还沿径向传播,对于基桩低应变检测问题平截面假定实际上是不成立的。此时,一维纵波传播问题转换为应力波沿三维柱体传播问题。文章从基桩三维理论出发,忽略桩土径向位移,考虑桩体中应力波沿纵向和径向传播与桩土的相互作用,建立三维条件下桩土系统瞬态振动计算模型,推导得到低应变瞬态荷载作用下基桩三维动力响应的解析解,以期为基桩低应变检测提供新的理论指导。     

下卧基岩黏弹性地基上刚性条形基础的水平振动响应研究

文章考虑地基土厚度的影响,对水平动荷载作用下下卧基岩黏弹性地基上刚性条形基础的动力响应问题进行了理论研究。通过傅里叶积分变换求解土的动力控制方程,并结合基底和地基的混合边界条件及土层刚性基岩边界条件,得到了一组对偶积分方程,使用雅可比正交多项式将对偶积分方程转化为线性方程组并进行数值求解。将文章所得解退化至黏弹性半空间情况,与已有文献进行对比,验证了本文解的合理性。参数研究表明：地基土层厚度对条形基础动力柔度系数和地基表面位移的影响显著;由于驻波在地基土层中的共振,使得基础和土体动力响应的变化规律相较于半空间情况更为复杂。     

倾斜基岩条件下轨道交通振动衰减规律研究

通过模型槽试验和有限元相结合的方法,研究了在倾斜基岩条件下高架轨道交通引起地表振动的衰减规律,分析倾斜角度、荷载频率、桩长对地面环境振动的影响。结果表明：倾斜基岩条件下,地表振动衰减快慢呈现出方向差异化,一般沿基岩倾斜正下方衰减最慢,沿正上方衰减最快,并从正下方到正上方衰减逐渐变快。基岩层倾角越大,地面振动响应越小,基岩倾角变化对地面振动响应的方向差异化影响较为显著。随着荷载频率的增加,地表响应速度先线性增加,然后增速变缓;当频率为13 Hz时,与桩等距离各方向振动响应差异最大。地表速度响应随桩长增加呈线性减小,且距桩越近减小越快;桩长变化对与桩等距离各方向振动响应差异影响并不明显。     

考虑竖向荷载影响的大直径管桩水平振动响应解析解

建立了黏弹性地基中受轴力作用的现浇大直径管桩水平振动响应计算模型,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦,结合桩土耦合条件求得了桩顶复阻抗解析表达式。将该解退化到不考虑竖向荷载的水平振动响应解与已有理论解对比,验证了该解的合理性。通过算例分析,研究了竖向荷载、激振频率和桩长对管桩桩顶水平复阻抗、桩身位移和内力的影响,研究结果表明:复阻抗实部和虚部在桩土系统固有频率处均发生共振;竖向荷载使管桩位移和内力发生重分布,竖向荷载为零时,位移、弯矩和剪力最大值均出现于管桩中上部,随着竖向荷载增大,其最大值均出现于桩底;桩身水平位移随频率变化而变化,管桩中下部转角、弯矩和剪力受频率影响较大;桩身中下部位移和内力受桩长影响大于桩身其他部分;无桩芯土时桩顶水平位移和转角比桩芯土存在时大。     

斜坡地形单桩竖向承载特性模型试验与数值模拟研究

为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响,结合模型试验和数值模拟方法,设计多组斜坡工况和水平对照工况,对单桩竖向承载特性进行研究,在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明：在相同坡度条件下,单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况,且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低,斜坡影响度呈非线性增长;斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小,当桩侧阻力出现峰值时,对应的桩端阻力大小接近相等;斜坡地形中,桩身前后存在应力分布差异,坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置,但剪应力差异仅存在于0~4倍桩径的浅层区域。     

水平动荷载作用下海洋大直径管桩动力响应解析解

考虑桩–土–流体耦合振动,研究了谐和激振水平动荷载作用下的海洋大直径管桩振动响应问题.将桩周和桩芯海水考虑为无黏性不可压缩流体建立其控制方程求得海水速度势解析表达式,继而得到作用于桩身动水压力表达式.将土体看作黏弹性介质建立桩周土和桩芯土控制方程,对土体方程直接解耦求解,得到桩周土和桩芯土位移和抗力表达式.利用桩–土体...     

考虑剪切变形的PCC桩水平振动响应解析解

 为了探讨考虑剪切变形的PCC桩水平振动特性,首先,采用Timoshenko模型模拟PCC桩,建立其水平振动控制方程;其次,采用微分变换和分离变量法对三维土体控制方程进行解耦,推导出土体位移和水平阻抗解析表达式;然后,结合桩土连续性条件,推导出PCC桩动力复阻抗解析表达式。由此进行算例分析表明：Timoshenko模型与Euler-Bernoulli模型推导的桩顶水平动力复阻抗变化规律一致,验证了解的合理性;复阻抗实部均随桩长增加而减小,虚部均随桩长增加而增大,当桩长增加到临界桩长时,桩长对复阻抗实部和虚部基本没有影响;复阻抗随内径减小而增大,当内径减小至0.2 m及以下时,桩芯土对复阻抗影响不大;当横截面面积相同时,平均半径和壁厚对复阻抗均有显著影响。     

黏弹性地基中埋置刚性圆柱状基础水平振动问题

考虑埋置基础侧面土体作用，对黏弹性半空间中埋置刚性圆柱状基础在水平简谐荷载作用下的动力响应特性进行了理论研究。基于弹性动力学理论，建立黏弹性土和基础的动力控制方程，并结合混合边值条件，使用Hankel积分变换得到基础水平动力放大系数和动力刚度表达式。将所得理论解与已知经典解对比以验证其正确性，并通过数值计算分析刚性基础和地基土的主要参数对动力放大系数和动力刚度的影响。分析结果表明：基础埋深比及侧面土体相对刚度可显著影响基础水平动力刚度和动力放大系数，且基础侧面土体作用对基础动力刚度的贡献占比随之增大而愈加突出。地基土体阻尼比和泊松比对基础刚度系数的影响较大，阻尼比对其影响随激振频率增大更趋明显，泊松比对其影响在低频和高频范围内得到相反的规律。     

康达效应式水力集矿对深海土的冲蚀特性研究

深海赋藏有丰富的矿产资源,金属锰结核的开采与利用可有效解决陆地资源匮乏的问题,因而受到世界多国的广泛关注.康达效应式水射流作为主流多金属开采方式之一,其与深海稀软底质的耦合机理尚未明晰,严重影响采集头性能优化.本文基于数值模拟和物理模型试验探究该采集方式下喷嘴高度、射流流速、导流板曲率三因素对破土水力强度的影响规律及冲蚀坑型变化规律,明晰康达效应水力集矿对深海土的冲蚀特性,进而得到试验范围内破土水力强度最优时所对应的射流参数组合.试验结果表明：冲蚀坑整体呈现椭圆状,且总体位置偏射流区域中心靠左侧;剖面轮廓为“U”形;坑底土体呈不规则凸起或凹进.喷嘴高度对破土水力强度的影响规律呈先增高后降低的趋势,射流流速与破土水力强度呈正相关,而导流板曲率对破土水力强度呈负相关.本文试验范围内,破土水力强度最高时所对应的射流参数组合为射流速度5.31 m/s、喷嘴高度60 mm、导流板曲率0.010 mm^-1.以上研究可为揭示射流破土机理及矿石剥离机理提供理论参考.     

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。