双向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

管桩施工会使土体产生扰动,从而引起桩周土体沿桩基径向的不均匀性,为同时考虑桩周土体此种径向非均质效应和纵向成层特性对管桩纵向振动动力阻抗的影响规律,提出基于土体黏性阻尼的多圈层平面应变模型,建立双向非均质土中管桩纵向振动简化分析模型,利用拉普拉斯变换和阻抗函数的传递性,推导得出管桩桩顶动力阻抗解析解答,计算结果表明,纵向软硬夹层对一定低频区间内动力阻抗曲线振幅水平影响显著,夹层越软（硬）,共振频率处对应的动力阻抗曲线振幅水平越高（低）.施工扰动引起桩周土径向非均匀性对管桩桩顶复刚度曲线影响显著,在对管桩进行纵向振动特性分析时宜采用双向非均质黏性阻尼土-管桩相互作用模型推导所得解析解答更为合理.     

考虑桩-土相互作用的粘弹性土中管桩的纵向动力阻抗分析

在考虑三维波动的条件下,利用分离变量法求解了管桩桩周和桩芯粘弹性土层的竖向振动,对粘弹性土层中弹性端承摩擦管桩与土层的耦合振动问题进行了研究,得到了粘弹性土层中管桩的复刚度和桩顶导纳.讨论了桩周土和桩芯土剪切模量比、粘滞阻尼系数比和管桩内外半径比对管桩竖向动力阻抗的影响.     

基于桩土相互作用的管桩桩顶扭转复刚度研究

在轴对称的条件下,考虑管桩土相互作用,运用分离变量法求解土层扭转振动,借助土层和管桩桩端边界条件以及三角函数正交性求解管桩扭转振动问题,并通过数值算例讨论相关参数对管桩—土耦合扭转振动的影响.研究表明,管桩—土系统的耦合扭转振动存在共振现象,管桩内外半径比、桩和桩周土模量比对管桩桩顶扭转复刚度影响很大,桩芯土与桩周土模量比和桩芯土与桩周土密度比在低频时对管桩桩顶扭转复刚度几乎无影响,高频时有影响.     

分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动

将管桩桩周土和桩芯土均看作粘弹性介质,同时运用分数导数Kelvin粘弹性本构模型描述桩周土和桩芯土的应力应变关系。仅考虑桩周土和桩芯土的环向位移,通过Fourier变换和分离变量法求解了桩周和桩芯分数导数Kelvin粘弹性土的扭转振动。考虑桩周土和桩芯土对管桩的作用力,建立了分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动方程,通过求解管桩的扭转振动得到了频率域内管桩桩顶的扭转复刚度。结果表明：桩周土本构模型参数α₁和T_b1对管桩的扭转振动有一定的影响,而桩芯土的本构模型参数α₂和T_b2对管桩扭转振动的影响与频率有关;桩芯土与桩周土剪切模量比μ小于1且μ较大时,扭转复刚度实部和虚部随频率变化曲线波动较大,而μ大于1时其对管桩扭转振动的影响很小;管桩壁厚、长径比和管桩与土体的剪切模量比G_p对管桩的扭转影响较大。     

简谐SH波作用下管桩的振动特性

在一维波动模型的基础上得到了简谐SH波作用下桩周土和桩芯土的位移。在三维轴对称的情况下,运用势函数和分离变量法求解了简谐水平集中荷载和SH波引起的管桩桩周土和桩芯土的振动问题,得到了桩周土和桩芯土的径向位移和环向位移。考虑管桩土动力相互作用和管桩土的连续性边界条件对简谐水平集中荷载和SH波作用下管桩的振动进行了研究,得到了管桩桩顶的动力放大因子。通过数值算例分析可知,简谐SH波作用下管桩存在共振现象;管桩管壁过薄宜导致桩基失稳;相同外径情况下采用管桩要比实芯桩的抗震性能更好。     

三维非均质土中粘弹性桩-土纵向耦合振动响应

在考虑土体三维非均质性情况下,对变截面粘弹性桩的动力特性进行研究。首先,结合边界条件,利用复刚度传递平面应变土体模型求得纵向不同性质桩侧土层的复刚度,进而对各段变截面桩身从下往上逐段推导得到单桩桩顶受纵向激振力作用下的桩基振动的频域响应解析解;然后,利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶的时域响应半解析解;最后,研究分析桩土参数对桩顶动力响应的影响,得到了桩顶频域和时域响应的规律性,为桩基础的抗震设计和桩的完整性检测工作提供新的理论依据。     

饱和黏弹性土中端承桩扭转振动的对比分析

采用Kelvin模型模拟饱和土体和桩的相对滑移,在频率域内研究了饱和黏弹性土层中端承桩的扭转耦合振动.饱和土体的力学行为利用Biot模型描述.将土骨架视为具有分数阶导数本构的黏弹性体,采用Novak薄层法,得到了桩扭转振动时饱和黏弹性土层的动力阻抗.利用Euler-Bernoulli杆模型模拟桩的力学行为,给出了饱和分数导数黏弹性土层中端承桩扭转振动的分析方法和桩顶动力复刚度的解析表达式.在此基础上,分别对以下几个方面进行了对比分析：经典弹性模型、分数导数黏弹性模型和标准线性固体模型的结果;三维模型和薄层法的结果;桩土界面有无相对滑移的结果.考察了分数导数模型参数、饱和土和桩各参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明：在高频处完全接触条件下桩顶刚度因子和等效阻尼的振幅小于滑移条件下;随着阶数和材料参数比的增加,桩顶刚度因子和等效阻尼都有所减小.     

基于桩侧虚土桩模型的桩-桩芯土竖向动力响应

考虑桩芯水泥土与桩身的较强黏结性,提出桩侧虚土桩模型来模拟桩与桩芯土塞的相互作用,建立含水泥土土塞的竹节桩纵向动力模型. 通过阻抗函数递推方法得到简谐激振下桩顶动力响应频域解析解和时域半解析解,与三维有限元数值模型进行拟合对比,验证理论模型的合理性;通过参数分析研究水泥土相关参数对桩顶动力特性的影响;通过室内水泥土试验以及现场桩基试验,研究竹节桩桩芯水泥土对桩身低应变测试曲线的影响;根据实测曲线对模型中的关键参数进行拟合反演. 结果表明：竹节桩桩芯土塞高度增加会引起桩底反射信号减弱以及桩身综合波速减小,土塞模量增加会引起桩底反射信号减弱和轻微提前;拟合得到的虚土桩尺寸系数较为稳定;桩芯水泥土的阻尼系数与经验公式计算结果差异较大;在参数拟合过程中,理论模型计算得到的结果与实测曲线较符合,本研究理论模型可以较好地模拟桩与水泥土的动力相互作用.     

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.     

饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动

为深入了解饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向振动特性,基于Boer多孔介质理论,考虑激振频率对摩擦桩桩底土体动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解并验证了其合理性。进一步通过参数化对比分析探讨了桩基埋深比和土体渗透系数对所得竖向动力阻抗和桩顶速度时域响应的影响规律。解析推导得出的对应竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,丰富了桩基动力学的理论,可为相关工程实践提供参考和理论支持。     

预应力管桩焊接缝对桩基完整性检测的影响

焊接混凝土管桩做无损检测时,桩体连接处普遍存在较强的反射信号,而传统的刚度传递模型不能很好地反映这一现象.为此,提出一种模拟管桩焊接缝的简化模型.该模型将焊接缝看作无延时的弹簧系统,弹簧系统刚度是焊接深度和焊缝高度的函数.应用该模型对非均质土中多级预应力混凝土管桩的纵向振动特性进行研究,并得到了半正弦简谐激振力作用下的桩顶刚度、速度等动力响应的半解析解.分析了焊接深度和焊缝高度等因素对桩顶动力响应的影响,发现焊接深度对桩体连接处的反射信号影响明显.两组典型缺陷桩的实测拟合结果表明：该焊缝模型能很好地反映焊接缝处的反射信号,弥补了现有理论的不足.     

单桩水平动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑地基土的成层非均质性、桩土界面的相对脱离效应和桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算方法,同时提出了一种改进的非线性动力W inkler计算模型,确定了模型中各物理元件的参数,通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础.     

Vertical vibration of a floating pile in a saturated viscoelastic soil layer overlaying bedrock

An axisymmetrical analytical solution is developed to investigate the vertical time-harmonic vibration of a floating pile in a saturated viscoelastic soil layer overlaying bedrock. The soil is described by porous medium model established by Boer, while the pile is described by a beam vibration theory. By using separation theory of differential operator and variables to solve the dynamic governing equations for the soil, the fundamental solutions for the soil reactions on side and bottom of the pile are obtained. The dynamic impedance of the pile head is then derived by solving the vibration equation for the pile according to the compatibility condition between the pile and the soil. The proposed model is validated by comparing special cases of our model with the existing results. Numerical examples are presented to analyze the vibration characteristics of the pile.     

非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

Vertical vibration of a large diameter pipe pile considering transverse inertia effect of pile

Considering the transverse inertia effect of pile, the vertical dynamic response of a large diameter pipe pile in viscoelastic soil layer is studied. The wave propagations in the outer and inner soil are simulated by three-dimensional elastodynamic theory and those in the pile are simulated by Rayleigh-Love rod theory. The vertical and radial displacements of the outer and inner soil are obtained by utilizing Laplace transform technique and differentiation on the governing equations of soils. Then, based on the continuous conditions between the pile and soils, the displacements of the pile are derived. The frequency domain velocity admittance and time domain velocity response of the pile top are also presented. The solution is compared to a classical rod model solution to verify the validity. The influences of the radii and Poisson ratio of pile on the transverse inertia effect of pile are analyzed. The parametric study shows that Poisson ratio and outer radius of pile have significant influence on the transverse inertia effect of large diameter pipe piles, while the inner radius has little effect.     

饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于饱和多孔介质理论研究了在三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的扭转耦合振动问题,提出了桩与土在谐和振动情况下的定解问题，先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解，依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程，并通过对桩动力平衡方程的求解，得到桩顶转角和切向速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解.数值分析结果表明，桩的长径比和波速比对桩顶动力响应有较大的影响，孔隙率和渗透力影响较小.将扭转振动结果与纵向振动分析结果进行了对比，二者在图形形状上有很多相似之处.