饱和粘弹性土层中悬浮桩的纵向振动

基于不可压饱和粘弹性多孔介质理论和一维杆件模型,利用虚拟土桩的概念,研究了不可缮压饱和粘弹性土层中悬浮桩纵向振动的动力刚度.通过势函数解耦和三角级数解法,得到了悬浮桩纵向谐调振动的半解析解和桩头动力刚度.在此基础上通过数值计算,研究了物性参数、几何参数等对刚度的影响,结果表明:悬浮桩纵向振动的动力刚度受桩长、土的软硬程度、激振频率等的影响,对比了细长桩和短粗桩的响应差异,这些结果可为悬浮桩-土相互作用的数值分析和工程设计提供参考.     

桩侧扰动分区饱和土中桩竖向振动特性研究

考虑沉桩过程中桩周土受到扰动产生软化或硬化的现象,建立了饱和土中径向分区桩竖向振动简化模型,通过分离变量方法,得到了桩竖向振动频域解析解和时域半解析解。分析了分区土对桩竖向振动特性的影响,数值计算结果表明,土层模量比、分区半径和桩底支承系数对桩竖向振动有较明显的影响。研究结果还表明,在较强的振动作用下,由于分区软化或强...     

考虑桩土相互作用效应的桩顶纵向振动时域响应分析

在考虑桩土耦合作用以及土竖向波动效应条件下,对均质滞回材料阻尼土中弹性支承桩桩顶纵向振动时域响应进行了理论研究。首先建立了桩与滞回阻尼土在谐和振动情况下的定解问题,然后先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体振动位移形式解,接着依据平衡条件将该形式解祸合进桩身动力平衡方程,并通过对桩动力平衡方程的求解,最终得到桩顶位移和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。通过与其它相关理论解的对比验证了本文解的正确性和适用性,并基于所得解对桩顶时域响应特性进行了分析,最后将理论曲线与现场工程实测曲线进行了拟合对比,结果表明两者符合较好。     

任意圈层径向非均质土中桩的纵向振动特性

研究三维轴对称条件下径向非均质土中桩的纵向振动. 首先将桩周土体沿径向分为任意圈层来考虑土体的径向非均质性,每个圈层土体均质; 然后结合边界条件和相邻圈层土体之间接触面上位移和应力连续条件,对任意圈层土体动力平衡方程由外而内逐层求解,进而利用桩-土完全耦合条件求解桩动力平衡方程,得到桩顶的频域响应解析解和时域响应半解析解; 最后通过对土体主要控制参数的研究,得出了土体径向非均匀性对桩-土动力响应的影响.      

端承粘弹性桩纵向振动的轴对称解析解

将桩和土体视为粘弹性介质,在频率域求得了桩轴对称纵向振动时动力响应的解析解,进而得到桩头复刚度的解析表达式.通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应,考察了土层粘性、桩长径比、桩土模量比、桩泊松比和粘性等参数对桩头刚度因子和等效阻尼的影响.研究表明:由于考虑了桩的径向变形效应以及土层对桩的径向力作用,轴对称解析解的桩头动刚度因子和等效阻尼与经典Euler杆模型桩的桩头动刚度因子和阻尼有较大区别.因此,经典Euler杆模型桩的适用范围具有一定的局限性,在若干情形下应采用基于三维粘弹性的桩纵向振动轴对称模型进行分析.     

非饱和土中弹性支承桩的扭转振动响应分析

基于已建立的非饱和土中的波动方程,对均质非饱和滞回阻尼土层中的弹性支承桩扭转振动特性进行了分析.首先利用拉普拉斯变换,在拉氏交换域中求得了土体振动位移形式解,依据桩土接触面处的衔接条件将该解耦合进桩身动力平衡方程,求解桩的动力平衡方程,得到了桩顶速度导纳的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,并分析了主要参数对振动特性的影响.结果表明,桩底支承刚度因子影响较大,土滞回材料阻尼有一定的影响,而土底支承剐度因子基本没有影响.     

粘性阻尼土中变截面桩的纵向振动特性与应用研究

考虑土体轴对称波动效应,对变截面桩在任意激振力作用下的纵向振动特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、变截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为粘性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转化到拉普拉斯域内求解,通过引入势函数并结合阻抗函数的传递性,得到了拉普拉斯域内的桩顶阻抗函数解析解,进而可得到频域内的桩顶阻抗函数和速度导纳的解析解,利用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩的纵向振动特性进行了分析,重点讨论了桩身截面变化情况对速度导纳曲线和反射波曲线的影响,得到了许多重要结论。     

黏弹性土层中单桩纵向振动的对比分析

在频率域内研究了黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性.将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于黏弹性理论,采用平面应变模型给出了分数阶导数黏弹性土层的动力阻抗.考虑桩纵向振动时的横向惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,得到了桩头动力复刚度和导纳的解析表达式.通过数值计算,分析了不同模型土条件下桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的动力响应.同时,研究了Rayleigh-Love和Euler-Bernoulli两种模型桩动力特性的差异.分析了桩-土界面连续性模型和相对滑移模型对黏弹性土层中桩纵向振动的影响.结果表明:1随着阶数和材料参数比的增加,桩头刚度因子和阻尼明显减小;2对于大直径桩,随着外荷载激励频率的增加,桩横向效应对刚度因子和阻尼有显著影响.3连续性模型条件下桩头的刚度因子和阻尼在共振时的振幅小于相对滑移模型条件.     

层状饱和土中管桩瞬态扭转振动研究

对瞬态扭转激振荷载作用下层状饱和土中端承管桩的动力响应问题进行了研究.首先借助Laplace变换和分离变量法解耦Biot波动方程,土层层间动力相互作用简化为分布式线弹簧,并结合桩-土交界面上的应力和位移连续边界条件,导出了各节段管桩在Laplace变换域内扭转动力响应的解析表达式;然后,根据阻抗函数传递原理,并对得到的解进行Laplace数值逆变换,最终获得了瞬态扭转荷载作用下层状饱和土中管桩动力响应的时域解答.研究表明:桩顶作用三角形或半正弦荷载情况下,最大桩顶扭转角产生时刻落后于最大荷载对应时刻;且当桩周土渗透系数处于相对较高和较低范围内,桩顶转角几乎保持不变,在中间范围内则随渗透系数增大而增大;硬夹层的存在将使桩身上部扭矩增大,下部扭矩减小,软夹层下规律相反.     

广义Voigt土模型条件下桩的纵向振动响应与应用

研究了桩侧土广义Voigt模型条件下,任意层桩土系统的振动特性,并求得了桩顶在瞬态半正弦脉冲荷载作用下,桩顶的时域纵向响应的半解析解,同时结合基桩完整性检测的机械阻抗法和反射波法研究了各主要模型参数以及土层界面、桩身缺陷等对桩顶时、频响应曲线的影响,得到了许多结论.结果表明,得到的理论成果相比于已有理论更加完善并能更好地反映客观实际.将为基桩完整性定量化检测创造条件.     

VERTICAL VIBRATION ANALYSIS OF AXISYMMETRIC SATURATED SOIL

Based on Biot’s dynamic consolidation equations,by means of Laplace-Hankel transform technology,the integral solutions of stress and displacement in saturated soil with subjacent rock-stratum under axisymmetric arbitrary excitations were derived.In- fluence of the reflected wave generated by the boundary was revealed.Numerical results indicate that the vibration frequency has some effect on the vertical displacement of satu- rated soil.The vertical displacement at the surface of saturated soil lags in phase with the load.Furthermore,the dynamic permeability coefficient of saturated soil has significant effect on the vertical displacement at the initial stage of load applied,but when the load becomes stable,the effect is inapparent.     

分数导数粘弹性模型描述的土中管桩竖向振动的频域解

在分数导数粘弹性本构模型的基础上综合考虑桩周土和桩芯土的平衡方程和几何方程建立了桩周土和桩芯土的竖向运动的控制方程．在频率域内利用分离变量法和分数导数的性质求解了桩周土和桩芯土竖向振动控制方程．考虑管桩与桩周土、管桩与桩芯土的边界连续性条件以及三角函数的正交性得到了分数导数粘弹性模型描述的土中管桩的竖向振动,通过数值分析研究了管桩和土体模型参数和几何参数对管桩的桩顶复刚度的影响规律．结果显示：桩芯土本构模型的分数导数的阶数对管桩竖向振动的影响较桩周土本构模型的阶数要小,且与频率有一定关系;桩芯土与桩周土的模型参数比τ1 和τ2 对等效阻尼的影响较对刚度因子的影响要大;管桩桩周和桩芯的直径比d 越小,管桩复刚度的实部和虚部就越大;土体力学性能对管桩竖向振动的影响要比管桩桩身力学性能的影响小．     

分数阶黏弹性土层中分数阶三维轴对称桩的竖向振动

将桩基和土体视为三维连续介质,桩基和土体的应力一应变关系采用分数阶黏弹性模型描述。在三维轴对称情况下,利用三维弹性理论和连续介质力学理论,运用分离变量法和分数阶导数的性质,得到了分数阶黏弹性土层中分数阶黏弹性桩基的三维轴对称解;并分析了相关参数对桩顸动态刚度和等效阻尼的影响。研究结果表明：与土体相比,桩基的相关参量对桩顶复刚度的影响较大;桩基和土体的密度比、模量比对桩顶复刚度都有较大的影响。     

Axisymmetrical analytical solution for vertical vibration of end-bearing pile in saturated viscoelastic soil layer

Based on elasticity and the theory of saturated porous media, and regarding the pile and the soil as a single phase elastic and a saturated viscoelastic media, respectively, the dynamical behavior of vertical vibration of an end-bearing pile in a saturated viscoelastic soil layer is investigated in the frequency domain using the Helmholtz decomposition and variable separation method. The axisymmetrical analytical solutions for vertical vibrations of the pile in a saturated viscoelastic soil layer are obtained, and the analytical expression of the dynamical complex stiffness of the pile top is presented. Responses of dynamic stiffness factor and equivalent damping of pile top with respect to the frequency are shown in figures using a numerical method. Effects of the saturated soil parameters, modulus ratio of the pile to soil, slenderness ratio of pile and pile＇s Poisson ratio, etc. on the stiffness factor and damping are examined. It is shown that, due to the effect of the transversal deformation of the pile and the radial force of the saturated viscoelastic soil acting on the pile, the dynamic stiffness factor and the damping derived from the axisymmetrical solution are greatly different from those derived from the classical Euler-Bernoulli rod model, especially at some specific excitation frequencies. Therefore, there are limitations on applicability of the Euler-Bernoulli rod model in analyzing verticai vibration of the pile. More accurate analysis should be based on a three-dimensional model.     

Extended Mac-Millan's equation

The principle of classical dynamics and Appell-Chetayev ’s assumption are extended to non-inertial frame, from which extended Mac-Millan ’s equation is derived for non-holonomic system in non-inertial system.     

垂向动载下饱和砂土液化发展的数值模拟

针对一维应变情况,建立了垂向荷载作用时饱和砂土的一维应变动力学模型,然后进行了分析。得到了在垂向荷载作用下,饱和砂土液化发展过程的特性。结果表明,渗透系数越小,骨架强度越低,扰动强度越大,液化发展越快。