PHC管桩动力特性试验研究

系统地阐述了竖向/水平-回转耦合强迫振动和扭转自由振动等动力特性测试的原理和计算方法,并对某新建火力发电厂PHC管桩进行了动力特性试验。试验分析计算所得的抗压刚度Kz、抗剪刚度Kx、抗弯刚度Kj、抗扭刚度Ky和竖向振动阻尼比zz、水平-回转耦合振动第1振型阻尼比zxj1、扭转振动阻尼比zy 离散性小,有很好的规律性。试验是在桩头自由条件下进行的,实际桩头嵌固在桩基承台中,增加了桩头的嵌固条件和承台侧面填土抗力的影响,故具体应用时可根据承台结构、承台侧面填土、承台底面与地基土接触等具体情况酌情予以提高。     

横观各向同性饱和地基中埋置刚性圆柱基础的扭转振动

考虑埋置基础侧面和底面地基与基础的相互作用,研究了埋置于横观各向同性饱和地基中刚性圆柱基础的扭转振动问题。假设基础侧壁与地基完全黏结,沿侧面对剪应力积分得到了侧壁地基对基础所产生的反扭矩;通过研究位于横观各向同性饱和地基上刚性圆形基础的扭转振动,求得基础底面地基作用于基础的反扭矩。结合基础底面位移和应力连续等条件,根据基础振动的动力平衡方程,求解了相应的动力响应问题。给出了基础的角位移幅值,地基的等效刚度系数和等效阻尼系数的表达式。通过算例研究了相关参数对基础扭转振动的影响。     

基于块体基础自由振动计算地基阻尼比的新方法

提出了一种基于能量守恒原理计算地基土阻尼比的新方法。不同于对数衰减法仅依据振幅计算阻尼比,该方法考虑了体系振动的整个反应时程,克服了对数衰减法对幅值测量精度要求很高的缺陷。数值仿真和实测结果表明：与对数衰减法相比,该方法计算精度较高,抗干扰能力强,稳定性好,即便对于信号干扰比较大的情况,采用该方法也能得到较好的结果。     

水运工程堆载预压处理地基动力测试应用研究

地基经过真空堆载预压处理后,其地基承载性状及动力参数特性都产生不同改变,这种变化会对动力基础设计产生较大影响.基于此,结合实际水运工程项目对真空堆载预压处理后旋喷桩复合地基及钻孔灌注桩基础分别进行地基动力测试,通过测试获得地基及桩基模型基础的抗压、抗剪及抗扭的刚度参数、竖向及水平转向的第一振型以及扭转向的阻尼比及参振总...     

下卧基岩饱和地基中埋置刚性基础的竖向振动问题研究

基于Biot提出的饱和土波动方程,研究了埋置于单层饱和地基中的有质量的刚性圆柱基础的竖向振动问题。运用Hankel积分变换求解饱和土基本动力方程,并考虑基础与地基接触面的混合边值条件,求得了基础底面和基础侧面的动反力,结合基础振动的动力平衡方程,得到了基础竖向振动振幅和地基等效动力刚度的表达式。数值分析结果表明：下卧基岩饱和地基的等效动力刚度和基础振动振幅都呈现出明显的波动现象,土层厚度、基础埋深比、基础质量比对埋置基础的竖向振动有很大影响。     

双参数地基上弹性板的动力分析

采用双参数地基模型和基于Mindlin板理论的8节点等参单元,根据Hamilton变分原理,推导了弹性地基上弹性板动力分析的有限元公式,将地基效应和板面质量分布归并到板的刚度矩阵和质量矩阵中,采用边界元法考虑板域外地基变形的影响。分析了四边自由矩形板的自由振动和强迫振动,计算的自由振动固有频率与实测结果相近,发生共振时板的强迫振动动力响应达到峰值,在给定的阻尼比条件下,无阻尼的稳态响应与有阻尼的稳态响应趋于相同,阻尼能够显著降低板的共振响应。     

秦山核电站二期工程地基动态参数的测定

核电站地基必须经受住特定设计荷载条件下的动力荷载作用,采用动力分析法,为此,需要提供正确的动力参数。动力参数的正确性是以先进的测试技术为前提,以保证测试数据的可靠性,此外,尚需综合考虑各种影响因素,合理取值,本文就秦山核电站二期地基的动态测试中,有关横波的激发与接收,速度弥散,阻尼比的计算等问题进行了探讨。这些问题在各类地基的动态参数测试工作中都是难以遇避的,本文试图通过这些问题的探讨,进一步深化对地基动态参数测试技术的认识,赋予其更完善的理论基础。在这方面起一抛砖引玉的作用。     

港口工程中非均质层状地基承载力计算方法

在深水码头、防浪堤等大型港口工程建设中常常会遇到构筑物下覆地基由非均质的层状土构成的情况。对于这类非均质层状地基,我国港口工程地基规范推荐采用Hansen 61公式、Hansen 69公式和Sokolovskii数值解法3种方法计算地基的极限承载能力。然而,工程实践中由这3种方法计算得出的地基极限承载力数值往往有较大的差别。考虑到规范的继承性,基于牛顿迭代法,针对3个理论计算公式编制了计算程序,根据长江口深水治理二期工程地质实测资料,运用该计算程序对该地区地基的极限承载能力进行了计算比较。计算结果表明,对于非均质层状地基,在相同地质条件、相同荷载条件下Sokolovskii数值解法得到的承载力数值最大,Hansen 69公式得到的承载力数值最小。     

阻尼对地下隧道结构动力响应的影响

用弹性地基梁来模拟地下隧道结构,推出考虑弯曲、轴力、剪切、内外阻尼以及在双参数地基模型上的振动方程。引用地下管道近似的位移计算方法,计算地下隧道结构,避免积分变换的繁琐,通过一种特殊的分离变量法,使得动力荷载以强加位移和速度的方式施加,实例计算中涉及内外阻尼项,可以方便地求出自振频率和阻尼比的表达式和考虑阻尼后结构位移衰减曲线,得出对于地下结构内阻尼的影响很小的结论。     

关于偏心荷载下地基承载力的验算方法

针对偏心荷载作用下的地基承载力验算,以条形基础为例,介绍了Meyerhof提出的考虑荷载偏心的地基承载力计算方法,并通过与有限元上下限极限分析这一极限荷载精细数值计算方法的比较验证了其正确性和准确性。所考虑的地基既包括排水条件下的一般地基,也包括不排水强度随深度近似线性增大的饱和黏性土地基。依据有关机理深入分析了基础埋深对偏心荷载下地基承载力计算精度的影响,明确了可以考虑基础埋深有利作用的偏心距上限。进而采用本课题组所提出计算地基承载力的改进公式,通过计算并结合理论分析比较了国内规范验算方法与按Meyerhof方法的验算,表明采用后一方法更为合理。     

Assessment of the dynamic behaviour of saturated soil subjected to cyclic loading from offshore monopile wind turbine foundations

The fatigue life of offshore wind turbines strongly depends on the dynamic behaviour of the structures including the underlying soil. To diminish dynamic amplification and avoid resonance, the eigenfrequency related to the lowest eigenmode of the wind turbine should not coalesce with excitation frequencies related to strong wind, wave and ice loading. Typically, lateral response of monopile foundations is analysed using a beam on a nonlinear Winkler foundation model with soil–pile interaction recommended by the design regulations. However, as it will be shown in this paper, the guideline approaches consequently underestimate the eigenfrequency compared to full-scale measurements. This discrepancy leads the authors to investigate the influence of pore water pressure by utilising a numerical approach and consider the soil medium as a two-phase system consisting of a solid skeleton and a single pore fluid. In the paper, free vibration tests are analysed to evaluate the eigenfrequencies of offshore monopile wind turbine foundations. Since the stiffness of foundation and subsoil strongly affects the modal parameters, the stiffness of saturated soil due to pore water flow generated by cyclic motion of monopiles is investigated using the concept of a Kelvin model. It is found that the permeability of the subsoil has strong influence on the stiffness of the wind turbine that may to some extent explain deviations between experimental and computational eigenfrequencies.     

成层饱和土中考虑横向惯性的单桩纵向振动

基于饱和多孔介质理论,研究了成层饱和黏弹性土层中端承桩的纵向振动特性。首先利用Novak薄层法,得到了土层对纵向振动桩的动力阻抗。其次,将桩等效为Rayleigh-Love杆,给出了成层饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的一般分析方法和桩头动力复刚度的解析表达式。具体分析了两层饱和黏弹性土中端承桩的纵向振动特性,得到了桩头动刚度因子和等效阻尼随频率的响应特征,讨论了物理和几何等参数对动刚度因子和等效阻尼的影响。结果表明：桩长径比、土层模量比以及桩土模量比等对桩头动刚度因子和等效阻尼有显著的影响。相比于均质土层中的桩,上层土越硬或下层为软弱土层,桩的动刚度因子和等效阻尼振动幅值增大,其周期随长径比显著变化,且对于大直径桩,动刚度因子和等效阻尼随频率呈振动变化。同时,土体与孔隙水相互作用系数和桩泊松比等的影响相对较小。其结果可作为桩基动力基础设计和动力检测等基础数据。     

轴力作用下液化土中端承桩的水平振动特性

将地震液化场地土层分为非液化表层土、中部的液化土层和底部的基层,基于饱和多孔介质理论和Novak薄层法,研究轴向压力作用下液化黏弹性土层中端承桩的水平动力特性。利用Helmholtz分解和变量分离法,得到液化土层对桩水平振动的阻抗。利用矩阵传递法,在频率域得到轴力作用下液化土层中端承桩简谐振动的解析解和桩头复刚度的表达式,并进行参数研究,分析轴力、桩-土模量比、桩长径比、液-固耦合系数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明,在轴力作用下,不同长径比、桩-土模量比、液-固耦合系数时的动力刚度绝对值均比无轴力作用时减小,但随频率的变化趋势相同;轴力对桩水平振动的动力阻抗影响显著,随着轴力的增加,桩的水平振动动力刚度因子的绝对值减小,若轴力继续增大,其绝对值趋近于0,桩发生失稳破坏;桩长径比和桩土模量比对桩的水平振动动力阻抗有显著的影响,而液-固耦合系数的影响较小。     

Effect of compressible parameters on vertical vibration of an elastic pile in multilayered poroelastic media

This paper mainly investigates the influences of compressible parameters on the vertical vibration of a pile embedded in layered poroelastic soil media. The pile is treated as a 1D elastic bar by the finite element method, and fundamental solutions for the layered poroelastic soils due to a vertical dynamic load are obtained by the analytical layer element method. Based on the compatibility conditions, the pile-soil dynamic interaction problem is solved. The numerical scheme has been compiled into a Fortran program for numerical calculation. Influences of the pile-soil stiffness ratio, compressible parameters, vibration frequency and the soil stratification are discussed.     

灌注桩动力特性试验与数值模拟研究

结合某风洞建设项目现场桩基动力特性试验,采用三维有限差分模拟软件FLAC^3D建立双桩模型基础进行计算机仿真,分析结果与试验数据吻合良好,验证了基于桩−土−结构共同作用开展数值模拟求解设备荷载作用下桩基础动力响应方法的合理性。进一步建立灌注桩后注浆模型,探讨采取不同桩侧阻力和桩端阻力增强系数对桩基动力特性的影响。结果表明：灌注桩后注浆对竖向振动的共振频率没有影响,对水平回转振动的共振频率、最大振幅、地基抗剪刚度系数和地基水平转向第1振型阻尼比的影响均很小;灌注桩后注浆能起到提高桩基抗压刚度、减少桩基最大振幅的效果,但相对于未注浆其效果有限。     

土-相邻基础相互作用的地基刚度计算分析

为了研究相邻基础对地基刚度的影响,提出了地基刚度影响系数的概念,并运用三维弹性半空间内明德林解,推导出地基刚度影响系数的计算表达式,进而通过计算地基刚度影响系数分析了相邻基础存在时,两个基础之间净距、基础边长比值以及地基土特性对地基刚度的影响规律,并根据净距和边长比值划分了可不考虑相邻基础相互作用的范围。结果表明：（1）基础周围有相邻基础存在时,其地基刚度较不存在相邻基础的地基刚度有所提高;（2）相邻基础对地基刚度的影响随着两个基础之间净距的增加而减弱,随着边长比值的增加而增强,以及随着地基土泊松比的增加而增强;（3）黏土地基中相邻基础对地基刚度的影响较其他（如粉土地基）地基更显著;（4）当净距不小于基础边长15倍时,或者基础边长比值小于0.1时,可以不考虑相邻基础对地基刚度的影响,其他情况需根据净距和边长比值分析是否考虑相邻基础对地基刚度的影响。     

桩基动刚度影响因素分析

动刚度是桩基动测分析中一个重要指标,研究动刚度的影响因素有着现实的工程意义。为了分析完整桩和缺陷桩单桩动刚度的变化规律和影响因素,推导并求解了竖向简谐荷载作用下考虑两个变截面桩的导纳响应解析解。利用测试数据验证了该模型能有效计算导纳共振频率值和动刚度值。同时,对513根相同型式桥桩进行机械阻抗法测试,并对其动刚度进行统计分析。研究表明：（1）桩端支撑刚度和桩长对动刚度影响较大,端承桩动刚度随桩长增加而降低,纯摩擦桩情况与之相反。摩擦桩在桩长较长时其动刚度可能大于端承桩。（2）桩身缺陷体积改变量与动刚度变化成正相关。（3）动刚度对桩身缩颈缺陷敏感度较高,在一定程度上可以用于判断桩身完整性和承载能力。     

基于多孔介质理论的地基土变形模量估算方法

土的变形模量是基础沉降弹性分析理论所必需的基本参数,而目前我国的岩土工程勘察报告一般并不提供土的变形模量。通过对前人研究结果的总结分析,基于多孔介质理论,并考虑土的泊松比、孔隙比及土体扰动等影响因素,笔者提出了一种根据土的压缩模量估算变形模量的方法,对于应用弹性理论计算基础沉降和充分利用已有研究资料都具有实际的意义。     

列车激振荷载下PCC桩复合地基动力分析

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式,在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用,其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式,应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型,基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化,进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩,动应力波在管桩中发生反射交叠作用,桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比,同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高,动应力在桩体中传播速度加快,动应力增大,使其承担了大部分动荷载,有效地降低了地基土承受的动荷载,同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大,边桩动应力逐步减小。