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.     

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。     

基于叠加原理的群管桩的纵向振动

利用Winkler地基模型来模拟管桩与桩周土、管桩与桩芯土的动力相互作用,在忽略桩周土、桩芯土的径向、环向位移的情况下,得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数。在Winkler地基模型的基础上建立了主动管桩和被动管桩的纵向振动方程,将相互作用因子的概念扩展应用到管桩-管桩纵向动力相互作用,得到了管桩-管桩纵向动力相互作用因子。在叠加原理和管桩-管桩动力相互作用因子的基础上,求解了管桩的纵向振动,得到了管桩的纵向动力阻抗。通过数值算例分析了相关参量对管桩-管桩纵向动力相互作用和群管桩纵向振动的影响。研究结果表明:管桩内外半径比、桩土剪切模量比、管桩长径比对管桩-管桩纵向动力相互作用和群管桩纵向振动有较大的影响,桩间距较大时管桩-管桩纵向动力相互作用因子和群桩动力阻抗随频率变化曲线波动越大;管桩壁厚不宜过薄。     

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.     

动力机器地基随机振动研究

在土层中取一变截面土柱，从一维波动方程出发，采用复弹性模量，计及土的弹性模量沿深度的变化和阻尼影响，推导出动力机器简谐扰力作用下地基土垂直振动的位移，并在此基础上，计算出位于机器下方地基土对机器随机扰力的动力响应．     

基于弹塑性模型的群桩-土-结构动力非线性数值分析

提出一种群桩-土弹塑性模型,结合动力文克尔理论,推导出了与桩(筏)-土属性及SSI体系频率相关的各项弹簧-阻尼单元动力阻抗,建立了三维框架土-结构相互作用有限元简化分析模型。针对不同地震激励,在不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析,结果表明,在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用效应结果可能大于固基假定情形,且桩-土弹塑性模型对上部结构柔弱层位置产生影响。应用本文简化方法可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。     

单桩横向非线性惯性响应简化分析计算方法

根据已建立的地基土-单桩系统横向非线性动力相互作用的简化分析模型,在动力Winkler模型的基础上,研究单桩横向非线性惯性响应。简化模型中．地基土对桩轴的横向非线性作用力．由非线性迟滞退化弹簧模拟,地基土在运动过程中的能量耗散,由与弹簧并联的粘壶模拟。利用有限元空间离散技术和Newmark-β法,讨论了横向惯性荷载作用下．单桩运动方程在时域中的求解方法。计算结果表明,该模型能够反映单桩非线性惯性响应的主要特征。能够揭示各种非线性因素,如：桩周土的迟滞效应、退化、屈服,以及土-桩界面的分离等,对单桩惯性响应的影响。计算结果与试验结果相当吻合。     

粘弹性板的非线性动力稳定特性分析

采用Boltzman积分型本构关系,分析了线粘弹性薄板在考虑几何线性与非线性时的长期动力稳定特性,设材料为标准线性固体,将系统的微分一积分型控制方程转化成微分型控制方程,由增量谐波平衡法确定主要动力不稳定区域的边界,发现粘弹性结构具有与一般阻尼系统不同的动力稳定特性,由于材料的粘性阻尼与松弛效应的综合影响,动力不稳定区域有不同程度的缩小与偏移,且在考虑几何线性与非线性情形下,其影响程度又不一样。     

具有弹性支座杆件的动力稳定性研究

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题，推导出了杆件的临界频率和动力不稳定边界，分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响，研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好，阻尼对杆的振动起有利作用，并提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施．     

粘弹性结构动力稳定性分析的谐波平衡法

本文分析了线粘弹性结构的长期动力稳定特性。设材料具积分型本构关系，且其松弛模量能用Prony级数描述，将微分-积分型控制方程化成微分型方程，应用谐波平衡法确定动力稳定区域，着重讨论了材料参数及系统振动频率对动力稳定区域的影响发现该类粘弹性结构具有与一般阻尼系统不同的动力稳定特性。文中也将系统平衡法直接应用于微分-积分型控制方程，忽略卷积积分运算后产生的随时间衰减的非谐波项来得到决定动力稳定边界的特征方程，并对两种应用所得结果进行了比较。     

砂土地基中开挖过程对立柱桩的影响分析简

立柱桩对基坑工程的稳定性有重要影响. 基于快速拉格朗日法（fast Lagrangian analysis of continua-3D, FLAC3D）,考虑桩土之间的相对滑移作用,深入分析了砂土地基中开挖条件下不同布桩方式对立柱桩桩身拉力、最大拉力位置及桩顶回弹量等的影响. 结果表明：开挖对立柱桩的影响有明显的空间效应,开挖对中心桩的影响最大,角桩最小;开挖使立柱桩桩身内产生了拉力,群桩基础内的中心桩最大拉力值大于 单桩的最大拉力值,且最大拉力值位置随桩数的增加而上移,并最终稳定在0.5倍的有效桩长;中心桩桩顶回弹量先随着桩数的增加而增大,然后当桩数增加到一定的数量后减小.     

单桩竖向动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而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。     

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。     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

SEMI-ANALYTICAL AND SEMI-NUMERICAL METHOD FOR DYNAMIC ANALYSIS OF FOUNDATION

A semi-analytical and semi-numerical method is proposed for the dynamic analysis of foundations. The Lamb's solution and the approximate formulae were used to establish the relation of the contact force and deflection between the foundation and soil. Therefore, the foundation can be separated from soil and analyzed by FEM as for the static cases. The plate can be treated as that the known forces are acting on the upper surface, and the contact pressure from soil can be represented as the deflection. So that only the plate needs to be divided into elements in the analysis. By this method, a series of vibration problems, including various shapes and rigidities of foundations, different excitation frequencies, were analyzed. Furthermore, it can be used for the embedded foundation. The numerical examples show that this method has simplicity, highly accurate and versatile. It is an effective method for the dynamic analysis of foundations.     

考虑土-结构相互作用效应的三维桩基结构动力有限元分析

结合简化阻抗法建立了三维相互作用结构的动力有限元分析模型,导出了考虑群桩刚体、惯性效应作用时的结构相互作用时程积分方程式,以近乎纯结构有限元的建模途径合理地反映出桩-土-上部结构在水平地震作用下的动力相互作用特性。模型中引入具有桩(筏)-土阻抗特性的弹阻单元来描述不同群桩布置、土层状况因素对体系反应的参与作用,而在动力方程中竖向SV剪切波经桩土刚体相互作用产生的水平、摇摆分量对体系的影响亦得以体现。20层桩承刚框架结构的动力分析表明:较柔的桩、土基础使得体系的SSI效应增强,但其参与程度与群桩效应相关,而结构构件内力较不考虑相互作用时有较大折减;应用该法可精确、快速地进行复杂上、下部结构时程反应分析。     

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...     

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。     

AN ANALYTICAL SOLUTION TO LONGITUDINAL VIBRATION OF A PILE OF ARBITRARY SEGMENTS WITH VARIABLE MODULUS

The vibration problem of a pile of arbitrary segments with variable modulus under exciting force is established, in which the influence of the soil under pile toe and the surroundings is taken into account. With Laplace transforms, the transmit functions for velocity and displacement of pile are derived. Furthermore, in terms of the convolution theorem and inversed Laplace transform, an analytical solution for the time domain response of a pile subjected to a semi-sine impulse is developed, which is the theoretical basis of the sonic method in pile integrity testing. Based on the solution, the vibration properties of pile with sharp or continuous modulus are studied. The validity of this approach is verified through field dynamic tests on some engineering piles. It shows that the theoretical prediction and the response of the pile are in good agreement.     

DESIGN OF LATERAL SOIL PRESSURE MODEL TEST SCHEME FOR ADJACENT COMPOSITE FOUNDATION1)

为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明：复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。