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。     

广义Maxwell体土模型条件下粘弹性桩纵向振动的半解析解及应用

研究考虑桩身材料阻尼，桩侧土采用广义Maxwell模型条件下，均质土中不均匀桩(截面面积或材料性质在桩长方向上突变)的纵向振动特性，求得了瞬态半正弦脉冲荷栽作用下，桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解，分析了桩身材料阻尼及土质变化对桩顶时域、频域响应曲线的影响，得到了有关新的结论。通过本文理论结果与实际工程桩的实测曲线的拟合对比，表明本文所得结果能更好地反映客观实际。     

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.     

考虑横向惯性效应的非饱和土中单桩的竖向动力响应

基于非饱和土的动力控制方程,考虑横向惯性效应,建立了三相非饱和介质中嵌岩桩的竖向动力响应连续介质模型,对桩侧非饱和土的动力控制方程进行Laplace变换,在频域内,通过引入势函数、算子分解等手段对控制方程进行解析,得到了桩侧土体剪应力及竖向振动位移的表达式.结合桩基的竖向振动方程及桩–土接触面的连续性条件,使桩土耦合振动系统得以解答,最终在频域内得到了桩顶复刚度、导纳、桩–土系统振动位移及应力的解析解,借助Laplace逆变换得到了半正弦激励载荷下桩顶的速度时程曲线.最后,通过算例分析验证了计算结果的准确性,分析了横向惯性、泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基动力响应的影响.结果表明:(1)单桩动刚度、阻尼、导纳等变量随频率变化发生周期性振荡,在桩基各阶固有频率处发生共振;(2)泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基的动力响应有较大影响,且频率越大,影响越明显;(3)泊松比越大,单桩动刚度、阻尼、导纳的波动幅值及对应的频率越小,桩顶时程曲线中的桩底反射信号越弱;(4)饱和度越大,对应各动力响应的波动幅值越大,且桩底反射信号的波峰越大.     

任意段变模量桩纵向振动的解析解

建立了均质土中考虑桩端土和桩侧土作用的任意段变模量桩，讨论了在桩顶受纵向激励时的定解问题，并用拉氏变换（Laplace)求得桩顶速度频域响应的解析解，然后利用卷积定理和拉氏逆变换求得桩顶速度时域响应的解析解，并将其运用到桩基质量的动力检测中。对弹性模量突变桩以及模量连续变化桩的振动特性作了进一步的研究，并将理论曲线与实测曲线进行了拟合对比，结果表明，两者吻合较好。     

梁-桩-土竖向耦合振动特性分析

针对桩与连续梁组合这一基础形式,研究了梁—桩—土竖向耦合振动特性. 首先,将桩假设为一维黏弹性杆件,采用平面应变模型模拟桩侧成层土对桩的动力作用. 同时,桩顶对梁的支撑简化为竖向点支撑. 然后,分别根据一维杆件纵向振动理论和Timoshenko梁理论给出桩和梁的竖向振动控制方程并求解,进而借助离散傅里叶逆变换获得在梁上瞬时激振下梁和土层以上桩段的时域响应半解析解. 通过与有限元模拟结果对比,验证了解的合理性. 在此基础上,讨论了梁几何参数和桩身缺陷对梁—桩—土竖向耦合振动特性的影响.      

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.     

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.      

基于文克勒模型的饱和土中单桩对瑞利波动力响应研究

基于Boit饱和多孔介质理论,采用文克勒地基梁模型,研究了表面透水的饱和土介质中顶部固接的桩对瑞利波的横向响应。分别计算了软土和硬土两种情况下不同深度桩的响应、饱和土的孔隙率对桩响应的影响、土介质相对刚度对桩响应的影响、fc-z空间桩响应的分布、桩顶约束条件的影响,并与桩顶自由的结果进行了比较。结果表明,饱和土介质中桩对瑞利波的横向响应受波的频率、土介质性质、桩土刚度比、桩顶约束条件等因素的影响。整体来看,瑞利波对桩的横向影响自上而下大致呈衰减趋势,在地表处影响最大;瑞利波对桩的影响深度随频率的降低而扩大;桩、土之间的水平相对位移幅度与土的孔隙率、相对刚度比均呈正相关关系;同频率下,相对软土地基来说硬土地基中桩受瑞利波的影响较深;顶部固接比顶部自由的桩对瑞利波的响应小。计算结果对工程抗震设计具有参考价值。     

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。     

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.     

垂直受荷群桩在半空间饱和土中的稳态反应

研究了均质半空间饱和土中群桩在垂直稳态荷载作用下的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理。将桩看作是一维的弹性杆单元。利用圆形简谐载荷作用下的Biot固结方程的基本解和桩土之间的变形协调条件得到饱和土中群桩的第二类Fredholm积分方程，群桩的动力阻抗采用动力相互作用因子的方法。分析桩距等参数对群桩阻抗、轴力和孔压等的影响。本文的方法可以用于计算层状饱和土中群桩的动力反应问题。     

考虑土体三维波动效应时弹性支承桩的振动理论及其应用

从三维轴对称土体模型出发，同时考虑土体竖向和径向位移，对弹性支承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体，土为线性粘弹性体，其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解，从而将土体动力平衡方程解耦，求解得到了土层的振动模态形式，然后利用桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用，求解桩的动力平衡方程，得到了桩顶的频域响应解析解、复刚度和速度导纳，利用卷积定理和傅立叶逆变换，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。利用所得解对桩的振动特性进行了无量纲参数分析，得到了许多新的结论。     

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。     

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...     

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...     

Numerical analysis of the isolation of the vibration due to Rayleigh waves by using pile rows in the poroelastic medium

The isolation of the vibration due to harmonic Rayleigh waves using pile rows embedded in a saturated poroelastic half-space is investigated in this study. Based on Biot’s theory and the potential function method, the free field solution for Rayleigh waves along the surface of the poroelastic half-space is derived first. The fundamental solution for a harmonic circular patch load applied in the poroelastic half-space are obtained in terms of Biot’s theory and the integral transform method. Using Muki’s method and the fundamental solution for the circular patch load as well as the Rayleigh waves solution for the poroelastic half-space, the second kind of Fredholm integral equations in the frequency domain for pile rows are derived. Numerical solution of the integral equations yields the dynamic response of the pile–soil system to incident Rayleigh waves. Influences of various parameters on the vibration isolation effect of piles rows are investigated numerically. Numerical results suggest that for the same vibration source, the same pile rows will produce a better vibration isolation effect for the poroelastic medium than for a single phase elastic medium. Also, stiffer piles tend to have better vibration isolation effect than flexible piles. Moreover, the pile length and the spacing between neighboring piles in each pile row have significant influence on the vibration isolation effect of pile rows.     

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。