非饱和土中端承桩水平振动特性研究

针对非饱和土中桩的水平稳态振动问题,采用三相多孔介质波动方程,考虑固、液、气三相材料间的惯性和黏性耦合效应以及基质吸力的影响,通过Helmholtz矢量分解及分离变量法解耦波动方程,并将基桩等效为能描述其剪切变形和转动惯性效应的铁摩辛柯（Timoshenko）梁模型,采用Novak三维连续介质模型对非饱和土中端承桩的稳态水平振动进行了理论推导,获得了桩顶水平频域响应解析解,讨论了饱和度对土层和桩顶阻抗的影响以及桩身位移、内力沿深度的分布规律。结果表明,随着土体饱和度的升高,土层复阻抗和桩顶动力阻抗增大,桩身位移和内力则相应地减小;饱和度,包括渗透系数在内的影响仅在土体接近准饱和时才得以发挥;频率较低时,短桩拥有较大的刚度因子。桩长越长,阻抗因子越大,而共振频率越低。当长径比超过10时,桩顶阻抗不再随长径比的增加而改变。     

考虑黏性的液化土中水平振动桩基桩顶阻抗研究

建立了三维黏性流体-桩-土体相互作用分析模型,对简谐激振水平动荷载作用下的液化土中桩基振动响应问题进行解析研究。将桩周液化土体视为黏性不可压缩流体,建立流体运动方程,利用亥姆霍兹分解和分离变量法并结合流体边界条件和桩-流体位移、速度连续条件及桩身边界条件,求得了黏性流体动压力及流体速度势解析表达式,从而得到桩身阻力表达式。用饱和多孔介质模型模拟饱和未液化土层,在已有饱和未液化土层振动响应解析解的基础上,推导得出上覆黏性液化流体,下层土体为饱和未液化土中水平振动桩基桩顶阻抗解析解。与已有的水中悬臂梁自由振动解析解对比,验证提出的模型解的正确性,最后分析了流体黏滞系数、桩长、桩土模量比对桩顶阻抗的影响。结果表明,忽略液化土体的黏性特征会高估桩基础桩顶的刚度阻抗,低估其阻尼阻抗。     

文克尔地基模型下液化土桩基水平振动响应分析

在桩基顶部承受竖向荷载作用的条件下,将完全液化后的上层土体视为流体,将桩基等效为欧拉-伯努利梁模型,探讨了桩底嵌固时桩基顶部的水平振动阻抗。运用流体动力方程模拟顶部液化土层的运动,运用文克尔地基模拟下部非液化分层土的运动。结合传递矩阵法,利用液化土与非液化分层土交界面处的位移、转角和内力连续条件,得到桩基顶部和底部的相关位移?内力表达关系式。根据桩基底部的嵌固条件,求得桩顶阻抗的表达式。与已有文献解进行对比,验证了分析过程的正确性。对阻抗影响条件进行参数分析,表明液化深度、轴力和流体密度大小对桩顶阻抗有不同的影响。     

桩在饱和土中水平振动的辐射阻尼简化算法

将适用于单相土－桩系统的Novak的平面应变假设和Gazetas的分象限假设推广到饱和土－桩系统中。通过简化后的微分方程推导了饱和土－桩系统辐射阻尼系数的解析解答。最后用算例说明了饱和土中两个压缩波的特性，比较了饱和土和单相土的单位桩长辐射阻尼系数，比较了简化算法和三维有限元方法求得的桩头幅射阻尼比，结果证明简化算法在一定条件下适用于计算层饱和土－桩系统的辐射阻尼。     

天津泰达地区粉土振动液化特性的研究

本文以动三轴试验和原位测试数据为基础，以天津地区砂性土为例，探讨砂性土振动液化机理及孔隙水压力变化规律，采用多种方法分析判别砂性土液化，为高烈度地区重要工程建筑抗震设计提供重要数据。     

悬浮桩水平振动的动力刚度

通过将悬浮桩截面下土体等效为土桩,利用桩的水平振动土阻抗结果,分析了桩、土桩构成的组合桩在频率域内的动力响应,给出了黏弹性土层中黏弹性悬浮桩水平振动动力刚度的半解析解,得到了动力刚度随各种物性参数的变化曲线。在此基础上,研究了物性参数对刚度的影响,对比了细长桩和短粗桩的响应差异。结果表明,悬浮桩水平振动的动态刚度受桩长、土的软硬程度、水平激振频率等的影响,这些结果可以为工程设计提供参考依据。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

随机地震荷载作用下饱和粉土的液化特性

为了考虑随机地震荷载作用下饱和粉土的液化特性，研究了如何通过合理的地震响应分析确定饱和粉土层受到的随机地震荷载，进一步探讨了随机地震荷载作用下的动三轴试验技术，以及利用此种试验分析饱和粉土液化特性的方法。研究结果为形成判别饱和粉土层地震液化可能性的新方法提供了依据。     

考虑三维波动的饱和土中管桩群桩的水平振动研究

考虑桩周饱和土和桩芯饱和土的三维波动效应研究了饱和土中管桩群桩的水平振动,得到了管桩群桩的水平动力阻抗。将桩周土和桩芯土视为两相饱和土,并利用多孔介质理论来描述其力学特性。运用数学物理手段求得了桩周饱和土和桩芯饱和土的水平动力阻抗。运用波的传播理论和叠加原理,同时考虑边界条件和三角函数的正交性,求得了管桩群桩中任一根管桩的水平作用力。考虑刚性承台处管桩桩顶位移协调条件和桩顶水平作用力平衡条件,得到了饱和土中管桩群桩的水平动力阻抗。以2×2管桩群桩为例分析和讨论了有关物理参量对饱和土中管桩群桩水平振动特性的影响。研究结果表明:实芯群桩与管桩群桩的水平动力阻抗都存在一定的差异,频率较小时需要考虑桩芯饱和土与桩周饱和土性质的差异对管桩水平动力阻抗的影响,管桩长径比和管桩壁厚对饱和土中管桩群桩水平振动的影响较大,在实际工程设计中需要重点考虑桩身尺寸。     

桩-桩水平振动动力相互作用研究

在采用动力Winkler地基模型并考虑了被动桩与桩周土体相互作用的基础上,运用传递矩阵法求解出层状地基中的群桩水平振动桩-桩动力相互作用因子。与严格解（Kaynia和Kausel,1982年）进行对比,验证了方法的有效性。研究了各因素如桩长、桩底约束、桩间角度以及地基土对桩-桩动力相互作用因子的影响,并提出了＂影响桩长＂的概念。     

轴、横向力作用下土-群桩动力效应简化分析

以动力文克尔地基梁模型为基本理论,在改进了Gazetas均质土中的桩-土-桩相互作用三步法计算模式的基础上,运用分层传递技术,导出了层状地基中群桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达,提出了桩顶谐振作用条件下计算层状介质中动力相互作用因子的新方法,以相对简明的方式阐述了桩顶轴力对群桩水平动力效应的影响,并以此来寻求频域动载下的基桩变位及其内力规律,较为全面地揭示群桩振动特性。     

山地和岩溶地区端承桩质量检测与加固技术研究

针对嵌岩桩桩底存在沉渣时,采用常规的低应变反射波法可能观测不到其同相反射信号,桩底软弱夹层（或溶洞）的顶面倾角接近或不小于45º时,反射法检测不到桩底软弱夹层（或溶洞）的反射信号。为弥补以上不足,提出了用低应变反射波法、频率-初速度法和钻芯法对端承桩质量及缺陷桩的加固效果进行组合检测。当反射波波形曲线异常或动刚度明显偏低时,可认为桩底沉渣较厚或桩端持力层性状异常,再用钻芯法验证;建立了桩身下部缺陷段的平均波速计算公式,有助于判断缺陷的严重程度;通过对比缺陷桩加固前后的反射波曲线和动刚度值,并将它们与其他同条件下正常桩对比,检验缺陷桩的加固效果     

Stability of end-bearing piles in a non-homogeneous elastic foundation

The stability of end-bearing piles that are supported laterally along their entire length by an elastic Winkler foundation is investigated for the case when the coefficient of horizontal subgrade reaction varies linearly with depth. A pattern of clustering of buckling modes is shown to occur and the approximate modelling of the elastic foundation by averaging the stiffness of the subgrade is discussed. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

负温对基坑悬臂桩水平冻胀力影响的模拟研究

寒冷地区基坑悬臂桩支护工程,在桩后土体水平冻胀力作用下,易出现桩体倾斜、水平裂缝、剪断等问题.负温是水平冻胀力产生的关键因素,采用数值模拟方法,分别模拟粉质黏土、黏土在一定的负温变化下,桩体水平冻胀力的大小和分布模式,结果表明：负温越低,土体冻结速率越大,水平冻胀力越大;桩身范围内,水平冻胀力大致呈上下小、中间大的抛物线型分布,最大值出现在基坑的中下部,为开挖深度的0.5～0.8倍,力值约为冻胀前土压力的2～15倍,同时拟合出最大水平冻胀力与温度、桩顶位移之间的关系公式;此外,桩体水平位移随负温增加而增加,桩顶位置处,冻胀引起的水平位移为开挖引起位移量的0.88～11.38倍.     

成层地基中倾斜偏心荷载下单桩计算分析

针对工程中地基土性质变化的具体情况,假定地基系数满足(mz+C)的线性增长规律,考虑P-Δ效应并计入桩身自重和桩侧摩阻力的影响,采用矩阵计算方法,分别得到单层土中倾斜偏心荷载作用、桩段顶端倾斜偏心荷载作用以及桩身水平分布荷载共同作用下的竖向单桩计算分析的幂级数解答。并在此基础上,利用上述两幂级数解答对成层地基中倾斜偏心荷载下单桩的受力进行了分析计算,列出了具体的计算步骤;最后,结合某具体实例,对上述方法进行了验证,结果表明,该解答与实际吻合较好,具有一定的应用价值。     

基于传递矩阵法的层状土中管桩水平动力阻抗分析

在考虑土体分层特性的基础上,分别建立了管桩桩周土体和桩芯土体的水平振动控制方程。通过引入势函数并考虑桩周土和桩芯土径向位移和环向位移的边界条件及其奇偶性,求得了管桩-土动力相互作用的刚度系数和阻尼系数。将土体模拟为连续分布的弹簧-阻尼器,并考虑桩芯土和桩周土的作用,建立了层状土中管桩的水平振动方程。借助初参数法和传递矩阵法求解了管桩的水平振动,得到了管桩桩顶的水平动力阻抗。通过数值分析,得到了土层剪切模量、管桩壁厚、桩周土和桩芯土剪切模量比、土层厚度等对管桩桩顶动力阻抗的影响规律。土层剪切模量、管桩壁厚、桩周土和桩芯土剪切模量比对层状土中管桩水平振动的影响主要在低频处,土层厚度在较宽的频率范围内对管桩水平振动有影响;管桩壁越厚,桩周土的剪切模量越大时,管桩水平动力阻抗的绝对值越大。