层状地基中群桩水平振动

在考虑地基土分层的基础上,采用动力Winkler地基模型模拟桩土相互作用并运用传递矩阵,求解层状地基中的单桩和群桩的阻抗函数.在计算动力相互作用因子时考虑了被动桩与土的相互作用.最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行对比,验证了本文方法的有效性.     

群桩基础引发饱和地基振动的近似解析解

建立了饱和半空间-群桩基础耦合动力近似解析模型,其中基桩考虑为欧拉梁,饱和地基采用Biot两相介质动力控制方程,二者在频率-波数域中利用桩-土相互作用点处的饱和地基柔度矩阵进行耦合,并采用快速傅里叶逆变换获得频域解答。分析了饱和地基中群桩基础的动力阻抗及刚性承台上施加简谐振动荷载时群桩基础引起的饱和地基振动响应。研究结果表明,荷载类型、激振频率以及地基渗透系数对饱和地基位移和孔压响应有明显影响。特别的,群桩基础动力阻抗峰值频率会随着地基渗透系数的增加而增大。     

基于载荷试验的超长桩应力传递机理分析

基于上海某工程超长桩载荷试验成果,采用Boltzmann数学模型拟合了桩侧土和桩端土的荷载传递函数,进而采用有限杆单元法和荷载传函数分析了单桩荷载传递机理.结果显示,基于试桩成果拟合得到的Boltzmann荷载传递函数,可以较好的用于模拟单桩Q-S曲线及侧摩阻力发挥过程,由于桩侧摩阻力与桩土相对位移接近理想弹塑性的函数关系、桩身材料的非线性等因素,会导致模拟的单桩Q-S曲线与实测结果存在差异.     

层状地基群桩沉降计算的剪切位移解析算法

考虑群桩的“束缚作用”,基于剪切位移法的理论,提出了竖向荷载作用下用于层状地基大规模群桩沉降分析的简捷实用的解析算法。以单桩位移积分方程为基础,导出了桩顶位移与轴力和桩底位移与轴力之间的关系,考虑桩-桩相互作用,得出了计算群桩沉降的柔度矩阵方程。推导过程中,桩被分成任意n段,因此该方法可以用于地基土任意分层的群桩沉降计算。算例分析表明,该方法与边混合法和界元法有较好的一致性。     

分层土中群桩水平动力阻抗的改进计算

采用动力Winkler地基梁模型,建立了主动桩和被动桩的简化解析运动方程,考虑地基土的分层特性、桩身剪切变形和转动惯量,提出了计算分层地基中单桩和群桩动力阻抗的改进计算方法,并与已有文献的计算结果进行了对比,结果表明：改进方法的计算结果与现场实测更接近。在低频段,改进方法的计算结果与已有文献结果较一致,但随着桩身剪切模量的减小,两者差异增大。差异主要是由考虑桩身剪切变形和转动惯量引起的,且前者影响较大,在低频段差异亦十分明显,而后者影响较小,在群桩阻抗峰值区域和高频段差异明显,需考虑桩身转动惯量的影响。     

基于多孔介质理论的饱和土中群桩水平振动特性

Dobry和Gazetas分析群桩振动特性的理论是将土体视为单相介质提出的,对于饱和土中桩-桩相互作用和群桩振动是否适用有待验证。将土体视为液固两相多孔介质,运用Novak薄层法和引入势函数的方法,求解了饱和土层的水平动力阻抗和自由场水平位移衰减函数,并在初参数法的基础上求解了桩-桩水平动力相互作用因子,运用基于动力相互作用因子的叠加原理对饱和土中群桩的水平振动进行了分析,并以3×3桩为例对群桩动力阻抗的主要影响参数进行了分析。提供了一种分析饱和土中桩-桩动力相互作用和群桩动力阻抗的新方法。     

竖向荷载下桩基础弹性分析的改进计算方法

将Randolph剪切位移方法中桩身位移与桩端位移的函数关系简化为一多项式,并与Poulos积分方程中土体柔度系数矩阵相结合,提出了一种竖向受荷单桩弹性分析的改进计算方法,从而避免了Poulos积分方程法中的差分运算以及由此带来的其他矩阵运算,同时比Randolph方法更能准确模拟桩身剪切应力的分布,并将单桩的改进计算方法应用于群桩分析。将改进的计算方法与Poulos、Randolph方法以及Chow混合方法的单桩和群桩计算结果进行了比较,结果表明：改进计算方法是可行的,可满足精度要求。     

水平受荷壁板桩群桩的变分法分析

将壁板桩桩身水平位移用有限级数函数表示,地基土体的荷载位移关系用Mindlin点对点的位移解表示,同时考虑桩前水平土阻抗力和桩侧水平摩阻力沿桩周分布的不均匀性,采用双重高斯数值积分法将基于变分原理建立的壁板桩群桩体系的总势能展开为简单的矩阵形式方程,并根据最小势能原理得到水平受荷壁板桩群桩荷载位移关系的显式解答。与三维有限元方法计算结果的对比验证了所提出解答的合理性。     

广义荷载传递函数及其应用

单桩非线性分析的方法很多,荷载传递函数法是其中很重要的一种。鉴于问题的复杂性,该方法中的荷载传递函数存在多种形式,且都具有各自适用的范围,存在局限性。广义荷载传递函数是一个通用函数式,其通过增加一个参数实现变换函数形式的目的,使之能够反映以前所提的各种荷载传递函数。另外,还可以描述目前没有提出、但可能存在的荷载传递函数形式,具有广泛适用性;同时,在某种程度上能反映软化效应。在工程应用中取得场地土性参数的前提下,适当运用该函数可以减少试桩的数量,产生巨大的经济价值。     

群桩沉降计算理论分析

基于Geddes应力解,并根据叠加原理计算群桩内任意点处的三向应力,采用基于Duncen-Chang本构模型的修正分层总和法计算群桩内任意点处的沉降量,最后,根据基点法[1]和群桩基础荷载、变形协调关系建立方程,从而,最终获得群桩的沉降计算。该理论较常规弹性理论方法计算群桩沉降有较大地改进,具体体现在以下几个方面：（1）考虑了群桩中地基土的三向应力分布对群桩沉降计算的影响;（2）考虑了土体本构模型（Duncen-Chang弹性非线性本构模型）,因而,能计及土体非线性特性对群桩沉降的影响;（3）采用修正分层总和法理论,能考虑土体成层分布特性以及侧向变形对单桩沉降计算的影响。     

层状地基中基于Laplace变换的桩基横向振动阻抗计算

基于Laplace变换,对层状地基中桩土横向振动阻抗计算问题进行了研究。考虑土层天然分层的特性及桩顶轴向力的参与作用,结合频域内桩-土动力文克尔理论,采用传递矩阵法并通过拉普拉斯变换,将振动微分方程变成代数方程以求解桩的横向振动响应参数,并导出了单桩横向振动阻抗。基于所得解,进一步计算出桩-土-桩水平动力相互作用因子。通过实例分析对比,验证其有效性和可行性。该方法计算工作量小,易于理解,计算结果与已有结果具有良好的一致性,并能保证解的连续性,对桩-土动力相互作用的研究具有一定的实用意义。     

轴对称径向非均质土中单桩纵向振动特性研究

为了分析径向非均质土中单桩纵向振动特性,基于复刚度传递径向多圈层并采用黏性阻尼模型描述桩周土材料阻尼,建立了三维轴对称径向成层非均质土体中桩基纵向振动简化分析模型。采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解,并将所得解退化到均质土情况,与已有解答进行比较验证其合理性。在此基础上对桩基纵向振动特性进行参数化分析,计算结果表明：桩周土体阻尼系数、桩底土阻尼因子仅对桩顶动力阻抗曲线振幅有较明显的影响,而桩底土刚度因子对桩顶动力阻抗曲线振幅及共振频率均有显著影响;桩周土软（硬）化程度越高（低）,桩顶动力阻抗曲线振幅越大（小）;桩周土软（硬）化范围越大,桩顶动力阻抗曲线振幅水平越高（低）;但桩周土软（硬）化程度、软（硬）化范围对桩顶动力阻抗曲线共振频率影响则可忽略。     

Torsional dynamic response of a pile embedded in layered soil based on the fictitious soil pile model

The torsional dynamic response of a pile embedded in layered soil is investigated while considering the influence of the pile end soil. The finite soil layers under the end of the pile are modeled as a fictitious soil pile that has the same cross-sectional area as the pile and is in perfect contact with the pile end. To allow for variations of the modulus or cross-sectional area of the pile and soil, the soil surrounding and below the pile is vertically decomposed into finite layers. Using the Laplace transform and impedance function transfer method, the analytical solution for the dynamic response of the pile head in the frequency domain is then obtained, and the relevant semi-analytical solution in the time domain is derived using the inverse Fourier transform and convolution theorem. The rationality and accuracy of the solution is verified by comparing the torsional dynamic behavior of the pile calculated with the fictitious soil pile with those based on a rigid support model and a viscoelastic support model. Finally, a parametric study is conducted to investigate the influence of the properties and thickness of the pile end soil on the torsional dynamic response of the pile.     

层状土场中冲刷作用下部分埋置单桩动力响应分析

桩周土场受冲刷作用的变化是部分埋置单桩结构失效的主要原因之一。工程中土场多呈层状,此类场地中桩基的力学特性研究日益受到关注。为精确揭示冲刷作用对层状土场中部分埋置单桩动力响应的影响,基于改进Vlasov地基模型,利用Hamilton原理建立层状土场中横向受荷单桩的动力学模型。利用有限差分法求解受冲刷作用单桩的固有频率,实现对冲刷作用下土−结构相互作用系统的准确建模,进而用Green函数法求得单桩受迫振动的解析解。通过数值计算和参数分析,研究了层状土场的物理特性对受冲刷作用部分埋置单桩动力响应的影响。结果表明：基于改进Vlaosv地基模型建立的层状土场中部分埋置单桩动力学模型可精确预测冲刷作用对桩基动力学特性的影响。随冲刷程度加剧,层状土场中单桩的第一阶固有频率显著降低,改进Vlasov地基模型中各层土体的地基反力系数均减小,剪切系数则增大。当冲刷至非埋置段桩长 （ 为桩长）时,部分埋置单桩在动荷载作用下出现横向失稳现象。随底层土体厚度增加,各冲刷等级下单桩的第一阶固有频率均增大。如果第1层土的弹性模量增大了约0.43倍、1.14倍、1.86倍,则冲刷等级为0时单桩第一阶固有频率分别增大了约8.9%、19.5%、27.1%。     

Dynamic responses of a pile embedded in a layered poroelastic half‐space to harmonic lateral loads

A single pile embedded in a layered poroelastic half‐space subjected to a harmonic lateral load is investigated in this study. Based on Biot's theory, the frequency domain fundamental solution for a horizontal circular patch load applied in the layered poroelastic half‐space is derived via the transmission and reflection matrices method. Utilizing Muki and Sternberg's method, the second kind of Fredholm integral equation describing the dynamic interaction between the layered half‐space and the pile subjected to a top harmonic lateral load is constructed. The proposed methodology is validated by comparing results of this paper with some existing results. Numerical results show that for a two‐layered half‐space, the thickness of the upper softer layer has pronounced influences on the dynamic response of the pile and the half‐space. For a three‐layered half‐space, the presence of a softer middle layer in the layered half‐space will enhance the compliance for the pile significantly, while a stiffer middle layer will diminish the dynamic compliance of the pile considerably. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

群桩与筏板的竖向动力相互作用研究

对沿深度离散形成一系列均质的土层,应用传递矩阵法推导出单桩的动力阻抗。借助推求的桩-桩动力相互作用因子,研究承台板与群桩的竖向动力相互作用,通常假设承台板是刚性的,并充分考虑了承台板具有一定的刚度、可以变形的柔性承台板,提出承台板-群桩动力相互作用模型,然后推出其动力相互作用方程。通过算例说明了承台板的刚度对承台板的动力作用是有影响的。研究结果表明,振动频率越低,柔性承台板的振幅与刚性承台板的振幅相差越大;随着频率的增大,二者差别也减小,并逐渐趋于相等。     

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。     

Dynamic response of a pile considering the interaction of pile variable cross section with the surrounding layered soil

Assuming that the pile variable cross section interacts with the surrounding soil in the same way as the pile toe does with the bearing stratus, the interaction of pile variable cross section with the surrounding soil is represented by a Voigt model, which consists of a spring and a damper connected in parallel, and the spring constant and damper coefficient are derived. Thus, a more rigid pile–soil interaction model is proposed. The surrounding soil layers are modeled as axisymmetric continuum in which its vertical displacements are taken into account and the pile is assumed to be a Rayleigh–Love rod with material damping. Allowing for soil properties and pile defects, the pile–soil system is divided into several layers. By means of Laplace transform, the governing equations of soil layers are solved in frequency domain, and a new relationship linking the impedance functions at the variable‐section interface between the adjacent pile segments is derived using a Heaviside step function, which is called amended impedance function transfer method. On this basis, the impedance function at pile top is derived by amended impedance function transfer method proposed in this paper. Then, the velocity response at pile top can be obtained by means of inverse Fourier transform and convolution theorem. The effects of pile–soil system parameters are studied, and some conclusions are proposed. Then, an engineering example is given to confirm the rationality of the solution proposed in this paper. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.