桩顶柔性约束下管桩水平瞬态振动特性研究

基于Pasternak地基模型,在忽略桩芯土作用的基础上,对桩顶柔性约束条件下层状地基中管桩水平瞬态动力响应进行了理论研究。采用两阶段等效线性模型描述了桩顶弯矩和转角的关系;通过传递矩阵法建立了任意桩段与桩顶状态变量关系;并结合Laplace变换及数值逆变换,求得了层状地基中管桩水平瞬态动力响应的时域解答。结果表明:随着桩顶约束(转动刚度K)的增大,管桩水平抗力增强,桩顶位移减小而弯矩增大,桩身反弯点处弯矩和剪力均减小;桩顶最大位移比χ和约束度λ在高、低K区域均有一数值不变段;中间柔性约束区段,则随着K的增大,χ逐渐减小,而λ逐渐增大,且增幅大于χ的减小幅度。     

有限长完整桩中的扭转波

解析地研究了桩顶受到冲击扭矩作用时桩的扭转波及其特征。把桩身当作有限长均匀弹性杆,并考虑桩土相互作用,由Laplace正变换和反变换,分别得到桩土系统扭转振动的传递函数和脉冲响应。进一步得到桩顶扭转振动速度的频响函数、频域和时域表达式。对桩中扭转波和纵波进行对比研究;研究了摩檫桩、自由桩和嵌岩桩中扭转波的特征;由参数研究及推出的理论公式揭示,桩中扭转波的衰减取决于下面三个比值:桩周土剪切波速与桩身扭转波速比、桩长与桩直径比、桩周土密度与桩身密度比。     

半空间饱和土中圆柱形衬砌内荷载引起的动力响应解答

地下衬砌结构经常会受到内部动荷载的作用,内荷载引起的衬砌结构的动应力集中备受关注。采用Laplace变换和波函数展开法,对半空间饱和土中均布突加荷载作用下圆柱形衬砌结构的动力响应进行了研究。对以大半径凸圆弧来近似半空间表面,将半空间饱和土中的波动方程展开成无穷级数的形式,应用Graff加法公式进行坐标变换,根据连续条件和边界条件,确定波函数展开式中的未知系数,求得了半空间饱和土中均布突加荷载作用下圆柱形衬砌的动力响应解答,讨论了衬砌埋深对圆柱形衬砌动力响应的影响。该问题的求解,为地下结构的动力分析提供了一种有效方法。     

层状地基中单桩扭转振动特性分析

采用积分变换和Muki的方法求解了层状地基中单桩的扭转振动问题.在分析过程中,首先对基本控制方程进行Hankel变换,建立了单层地基的初参数解答和刚度矩阵,得到层状地基的递推矩阵;然后利用递推矩阵、边界条件和桩-土变形协调条件建立了层状地基中单桩扭转振动问题的基本积分方程并进行数值求解.文末数值算例给出了退化的层状地基中刚性单桩的扭转变形,其结果与已有经典解答吻合良好.同时,并研究了两层地基中单桩的扭转动力响应,分析了桩-土参数对动力响应的影响,所得结论对工程实践和桩基扭转波检测有一定的指导意义.     

饱和地基任意形状衬砌内部均布突加荷载作用下的动力响应

地下衬砌结构经常会受到内部动荷载的作用,内荷载引起的衬砌结构的动应力集中备受关注.论文利用波函数展开法和Laplace变换,推导了饱和土中突加荷载作用下衬砌结构和土体的位移、应力、孔压表达式.应用复变函数和保角变换,将任意形状边界映射为圆形边界,利用饱和土和衬砌结构的连续条件和边界条件,求得了任意形状衬砌结构的动力响应...     

高速移动简谐荷载下层状多孔饱和固体的动力响应

本文研究了匀速移动的振动荷载作用下层状多孔饱和固体的动力响应。应用Fourier变换求解该问题的控制偏微分方程,首先考虑了荷载的移动速度及振动频率对单层多孔饱和固体中应力与孔隙水压力的影响,并与相应的弹性介质的解答和半平面解答进行了比较;然后运用精确刚度矩阵法求解了层状多孔饱和固体的应力响应,并与单层问题进行了比较。结果显示层状多孔饱和固体中应力和孔隙水压力随荷载的移动速度的增加而明显变化,层状多孔饱和固体在移动荷载下的动力响应与相应的单相弹性固体和半平面固体的动力响应有较大的差别。     

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。     

成层土中半埋入完整桩的瞬态波动响应

基于回传射线矩阵法,求得单位脉冲作用下成层土中半埋人完整桩的桩顶速度导纳和相位,然后利用Fourier逆变换和卷积定理求得瞬态半正弦激振力作用下的桩顶时域速度响应.比较均匀地基、上软下硬(上硬下软)两层地基、软夹层(硬夹层)三层地基的桩顶速度响应,进一步分析土体剪切模量、上覆土层厚度、软(硬)夹层厚度对桩顶速度导纳、相位和反射波的影响.结果表明:土体剪切模量及土层厚度对桩顶速度导纳、相位以及反射波影响很大.     

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。     

变截面阻抗桩纵向振动问题积分变换解

利用拉普拉斯（Laplace)变换,将变截面阻抗桩振动的时域定解问题转换到频域的形式,求得了关于桩顶位移响应及速度响应的传递函数,然后利用求留数的方法求得了桩土系统的脉冲响应函数,利用脉冲响应函数求得了多种不同激振波形条件下（稳态正弦激励,瞬态半正弦激振及叠加有高频干扰波的瞬态半正弦激振等）的桩顶速度响应的表达式,并对桩土系统的频域特性作了深入的研究,得到了许多重要的结论。此外还将稳态正弦激振、态半正弦激振条件下的解与有关文献所采用分离变量法得到的解进行了对比,为两者的正确性提供了重要的证明。     

饱和土中球空腔的瞬态动力响应

采用工程上通用的饱和土力学模型,考虑流体与固全之间的耦合作用,利用Ｌａｐｌａｃｅ变换求解了饱和土中球空腔的瞬态动力响应问题,得到了变换域内的解析解,借助数值Ｌａｐｌａｃｅ换求解了饱和土中球空腔瞬态动力响应的位移、应力及孔压的变化规律,为分析地下结构瞬态动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值。     

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.     

横观各向同性饱和土中柱面载荷的动力Green函数

基于饱和介质的三维波动理论的Biot模型,利用Fourier展开和Hankel变换,并借助算子理论,给出了圆柱坐标系下横观各向同性饱和土波动方程的非轴对称通解;利用通解,建立了饱和土层及饱和半空间的精确动力刚度矩阵;借助刚度矩阵,给出层状横观各向同性饱和地基中,作用沿土层深度方向分布的竖向和水平柱面载荷时的动力Green函数,进而解决了利用间接边界元法分析桩-饱和土动力相互作用的关键问题.     

饱和土地基在简谐荷载作用下的解析分析

基于多孔介质混合物理论,用解析的方法研究了不可压饱和土地基受到简谐荷载作用下的动力响应问题。利用Fourier积分变换求解耦合方程组,得到了二维饱和土介质在简谐荷载作用下的通解。针对表面透水的具有下卧基岩的饱和土层以及半无限饱和土地基的边界条件,获得了固体骨架位移、孔隙流体位移、固体骨架有效应力以及孔隙流体压力的积分形式解答,并通过数值算例分析了饱和土地基在简谐荷载作用下的响应。     

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。     

内源瞬态荷载作用下弹性介质与饱和多孔介质中衬砌隧道的动力响应对比分析

衬砌隧道周围介质不同,其内源瞬态荷载作用下的动力响应不同,该文对弹性介质与饱和多孔介质中作用有内源荷载的衬砌隧道的动力响应进行对比分析。首先,令饱和多孔介质孔隙率n=0,将衬砌周围饱和介质退化为弹性介质,动力响应解答相应退化为弹性介质中的解答,退化解与已有的隧道周围为弹性介质时的动力响应解答完全一致。其次,对不同孔隙率的饱和多孔介质和理想弹性介质中衬砌隧道的动力响应进行计算,结果表明：与弹性介质相比,饱和多孔介质中衬砌内表面的动力响应较大,轴向衰减速度较快;随着孔隙率的减小,饱和土中衬砌内表面的动力响应逐渐减小,位移和应力时程曲线均趋近于弹性介质。     

标准线性固体土模型条件下桩的动力响应分析与应用

在桩侧土为标准线性固体模型条件下，建立了成层土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩，桩顶受纵向激励情况下的定解问题，用拉氏变化(Laplace)求得桩顶阻抗函数和速度频率响应的函数，然后利用卷积定理和傅立叶(Fourier)逆交换求得任意激振力作用下桩顶速度响应的半解析解，并研究了模型中各个主要参数对桩顶响应及速度响应曲线的影响，并分析了缺陷桩和不同土参数对曲线的影响，得到了许多新的有意义的结论。     

移动荷载下路面板-层状多相弹性地基的稳态响应

考虑路面板和地基的相互作用,将路面板作为三维弹性体,建立路面板-层状多相弹性地基动力响应的三维多相层状弹性半空间体模型,分析了移动荷载作用下路面板-多相弹性地基系统的动力响应.将移动单元法引入到两相饱和弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下两相饱和弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了两相弹性介质移动层单元动力方程,该方程可退化为单相弹性介质移动层单元动力方程,基于此,建立了移动荷载下多相弹性地基与路面板系统的三维动态响应的统一的半解析方程.并以两相饱和弹性半空间地基-单相弹性地基-路面板所形成的路面结构为例,数值分析了荷载速度、饱和层渗透系数、弹性层厚度等参数对路面板位移和土体孔压响应的影响.研究结果表明移动单元法是研究移动荷载下路面结构动态响应的一种有效的方法.     

无限弹性土体中洞室在反平面冲击荷载作用下的瞬态响应

为了探讨无限弹性土体内圆柱形洞室在突加反平面冲击荷载作用下的瞬态响应,利用Laplace变换及围道积分逆变换,得到土体位移和应力的一般解析表达式,并给出了数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在轴向荷载作用下的动力响应,并将计算结果与采用拉普拉斯数值反变换得到的结果以及静力情况下的结果作了比较。研究结果显示:波到达后,该点土体的应力和位移均瞬间增大,随后慢慢减小,并逐渐趋于静力值;波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度比静力情况的应力衰减慢。