黏弹性地基中PCC桩扭转振动响应解析方法研究

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土扭转耦合振动,把桩看作一维杆,将土体视作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇混凝土大直径管桩（简称PCC桩）扭转振动频域特性进行了理论研究,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩顶扭转频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,并与经典平面应变解进行对比,验证了解析解的合理性。分析了桩长以及土体黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响,得到了各参数对桩扭转振动特性影响的规律。分析表明：桩周土黏性阻尼系数增大可以显著提高桩顶扭转复动刚度和减小速度导纳振荡幅值,而桩芯土黏性阻尼系数的影响不明显;桩长越长,桩顶复动刚度越大,速度导纳振荡幅值越小,但当桩长增大到一定程度时,再继续增加桩长,桩顶复动刚度基本没有改变。     

低应变下变阻抗薄壁管桩动力响应频域解析解

管桩低应变完整性检测时,桩顶一点受到瞬态集中荷载的作用,其动力响应问题是一个三维波动问题。基于三维波动理论,建立了任意段变阻抗薄壁管桩动力响应的计算模型和波动方程,结合初边值条件,采用Laplace变换法求得了该波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将计算结果与三维有限元结果进行了对比分析,解析解的计算结果和三维有限元结果较为接近,两者在入射波峰、缺陷反射峰和桩底反射峰处都较为吻合,两种方法位移响应曲线基本相同。给出了桩顶不同点的动力响应,并探讨了高频干扰问题。对变截面桩和变模量桩的动力响应特性进行了分析。     

黏弹性地基中管桩水平动力特性分析

从土体三维波动方程出发,将管桩看作一维欧拉-伯努利梁,对黏弹性地基中管桩水平振动响应进行了理论研究。摒弃传统的设立势函数法,而采用微分变换直接对土体振动方程进行解耦,并结合分离变量法求得了桩周土和桩芯土位移和应力表达式,进而利用管桩与桩周土和桩芯土接触界面的耦合连续条件得到桩的位移解析解,给出了管桩桩顶水平动力复阻抗表达式。将所得解完全退化到实心桩解,并与现有文献进行对比,验证了所提方法的合理性。通过参数分析,研究了桩周土、桩芯土剪切模量和密度以及管桩桩长对管桩桩顶复阻抗的影响。     

黏弹性非饱和土中劲性复合桩纵向动力响应分析

劲性复合桩作为一种新型桩基,其动力响应分析具有重要的实际意义。基于弹性动力学理论和三相多孔介质模型,考虑劲性复合桩的特殊结构和非饱和土体骨架的非流动黏性特征,利用理论推导和参数分析,分析了分数阶黏弹性非饱和地基中劲性复合桩的纵向振动特性。首先,通过力学平衡推导,建立了劲性复合桩的纵向振动方程,并利用已有的非饱和土体运动控制方程描述桩周土体的动力响应,其中采用分数阶标准线性固体（fractional standard linear solid,简称FSLS）模型表征土体骨架的非流动（频率相关）黏性;然后,经过严格的理论推导,得到了劲性复合桩的桩顶动阻抗解析解答;最后,通过计算案例和参数敏感性分析,讨论了桩和土体参数对劲性复合桩的桩顶动阻抗的影响规律。结果表明：水泥土桩的横截面占比以及桩长的增大均会提高桩顶动阻抗;分数阶数和应变松弛时间的增大以及应力松弛时间的减小均有助于提高桩顶动阻抗;增大土体饱和度或减小土体固有渗透系数亦将提升桩顶动阻抗。     

现浇薄壁管桩（PCC）复合地基荷载变形特性

结合现浇薄壁管桩(PCC)在盐通高速公路桥头软基加固中的应用,通过一系列现场试验观测对现浇薄壁管桩复合地基的桩土荷载分担、沉降、桩土差异沉降、路堤稳定性等的变化规律进行了探讨。观测表明,PCC技术可显著减小地基的沉降量,使用该技术加固后地基具有沉降收敛快、工后沉降小的特点。     

竖向入射S波作用下单桩水平地震响应简化解析方法

基于连续介质模型并考虑桩-土运动相互作用,将单桩视为一维线弹性梁,研究了竖向入射S波作用下的单桩水平地震响应问题。将竖向入射S波模拟为基岩水平位移,基于平面应变模型建立的土体控制方程,推导出地震作用下土体水平动力阻抗函数表达式。将土体阻抗代入单桩控制方程并联立桩-土接触条件及桩顶和桩底的边界条件,得出了竖向入射S波作用下单桩的地震响应解析解。通过将所得解与已有文献理论解和有限元结果进行对比,验证了该方法的合理性。基于所得理论解进行参数分析得出：桩-土模量比的增加可以明显降低桩-土运动相互作用因子的最小值,而较大桩身长径比以及土体滞回阻尼对桩-土运动相互作用因子的影响较小;对于桩顶水平地震放大因子来说,桩-土模量比的增加仅在高共振频率处抑制其幅值,较大桩身长径比对其影响较小,而滞回阻尼比的增加会显著抑制共振频率处的幅值;桩身地震响应仅在较小桩径比时受桩-土模量比的影响明显,并随桩-土模量比的增加而降低。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基动力反应特性分析

针对目前现浇混凝土薄壁管桩复合地基动力特性分析中二维计算模型的不足,提出了一种基于等效刚度原理的简化模型。基于河海大学岩土工程研究所开发的二维动力有限元计算程序,并通过工程实例,分析了这种新型复合地基的动力特性。研究结果表明,现浇混凝土薄壁管桩复合地基在地震作用下,与原天然地基相比,地表水平向绝对加速度增大,竖直向绝对加速度显著减小;地基内部水平向受力的整体性较好,而竖直向较差。从地基的动剪应力计算结果可知,现浇混凝土薄壁管桩复合地基对抗震有利。     

层状土中单桩竖向简谐动力响应的简化解析方法

运用土动力学和结构动力学原理,基于改进的Winkler地基梁模型,同时考虑桩周土的弱化效应和地基的成层非均质性,采用数理方程方法分别求解土与桩的振动微分方程,建立了竖向荷载作用下单桩简谐动力响应分析的计算力学模型和方法,并将所得结果与有限元计算结果进行了对比分析,验证了建议计算方法的合理性,通过对影响单桩竖向简谐动力响应的各相关参数进行变动参数比较分析,得到了各影响参数对单桩竖向简谐动力响应特性的一般影响规律。     

刚性桩复合地基地震响应的简化分析方法

面对越来越大量的工程应用,刚性桩复合地基的抗震性能成为亟待研究的课题。基于动力文克尔地基理论,提出了单桩复合地基的地震响应分析模型,推导了其地震响应的动力微分方程组,并构造了有限差分的求解方法,研究并探讨了不同影响因素变化下的地震响应性状,得到了一些有益于工程设计的规律性结论。     

振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用 (Ⅰ):开发研制与设计

振动沉模现浇混凝土薄壁管桩（PCC桩）技术是河海大学自主开发研制的用于地基加固处理的专利技术，是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型，可有效地提高地基承载力和减小地基沉降。笔者介绍了振动沉模现浇混凝土薄壁管桩的技术原理、加固机理、施工设备、施工工艺及其设计与质量检测方法。该桩型具有承载力高、质量可靠和工程造价低等优点，具有较大的推广应用价值。     

饱和黏弹性地基土中管桩纵向振动研究

用解析方法在频率域内研究考虑质量耦合效应的饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动特性。基于Biot理论,采用薄层法,推导得到饱和黏弹性地基土的位移、应力等的表达式。将管桩等效为一维弹性杆件处理。根据界面连续性条件,给出饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动一般分析方法和桩顶动力复刚度的表达式。在该基础上,对比分析饱和地基土中实心桩和管桩纵向振动特性。通过算例分析,考察桩周土和桩芯土的力学参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响。研究表明,饱和黏弹性地基土中实心桩和管桩的纵向振动有明显的差异。     

Lateral dynamic response of a pipe pile in saturated soil layer

This paper presents an analytical solution for the lateral dynamic response of a pipe pile in a saturated soil layer. The wave propagations in the saturated soil and the pipe pile are simulated by Biot's three‐dimensional poroelastic theory and one‐dimensional elastic theory, respectively. The governing equations of soil are solved directly without introducing potential functions. The displacement response and dynamic impedances of the pipe pile are obtained based on the continuous conditions between the pipe pile and both the outer and inner soil. A comparison with an existing solution is performed to verify the proposed solution. Selected numerical results for the lateral dynamic responses and impedances of the pipe pile are presented to reveal the lateral vibration characteristics of the pile‐soil system. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比影响因素分析

桩土应力比是复合地基设计计算中一个重要参数。基于盐―通高速公路单桩复合地基静载试验,通过有限元模拟,研究了褥垫层模量和厚度、桩体模量、桩长、基础刚度等影响因素对现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比的影响。结果表明所建立的模型是合理的。褥垫层模量增大或厚度减小导致桩土应力比增大,桩体模量、桩长和基础刚度的增加可使桩土应力比增加。     

Torsional dynamic response of a large‐diameter pipe pile in viscoelastic saturated soil

An analytical solution is developed in this paper to investigate the dynamic response of a large‐diameter end‐bearing pipe pile subjected to torsional loading in viscoelastic saturated soil. The wave propagation in saturated soil and pile are simulated by Biot's two‐phased linear theory and one‐dimensional elastic theory, respectively. The dynamic equilibrium equations of the outer soil, inner soil, and pile are established. The solutions for the outer and inner soils in frequency domain are obtained by Laplace transform technique and the separation of variables method. Then, the dynamic response of the pile is obtained on the basis of the perfect contacts between the pile and the outer soil as well as the inner soil. The results in this paper are compared with that of a solid pile in elastic saturated soil to verify the validity of the solution. Furthermore, the solution in this paper is compared with the classic plane strain solution to verify the solution further and check the accuracy of the plane strain solution. Numerical results are presented to analyze the vibration characteristics and illustrate the effect of the soil parameters and the geometry size of the pile on the complex impedance and velocity admittance of the pile head. Finally, the displacement of the soil at different depth and frequency is analyzed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

均质土中PCC桩与实心桩动力响应对比分析

现浇混凝土大直径管桩(简称PCC桩)由于具有较大的内、外壁摩阻力,在竖向荷载作用下表现出与一般实心桩不同的静、动力特性。采用建立的解析公式,对PCC桩、等截面积实心桩和等外直径实心桩3种桩的动力响应进行了对比分析,研究结果表明,当桩端阻力相对较小时,3种模型位移幅值差别不大;当桩端阻力较大时,3种模型幅频曲线和相频曲线存在较大差别;等面积实心桩位移幅值比PCC桩稍大,而等外直径实心桩的位移幅值比PCC桩稍小;位移相频曲线呈现等间距的震荡,实心桩的震荡峰值比PCC桩要高,且震荡峰值对应的频率各不相同,PCC桩出现震荡峰值的频率比实心桩小;3种计算模型动刚度震荡幅值差别较大,等直径实心桩的动刚度最大,等面积实心桩次之,PCC桩最小;等直径实心桩的虚部最大,PCC桩次之,等面积实心桩最小,振动过程中等直径实心桩桩顶阻尼最大;等面积实心桩的速度导纳最大,PCC桩次之,等直径实心桩最小。PCC桩充分发挥了单方混凝土的性能,比等截面实心桩具有更小的动力响应,比等外径实心桩更节省混凝土。     

路堤下现浇薄壁管桩复合地基工作特性分析

现浇薄壁管桩和土工格栅加筋碎石垫层所组成的复合地基加固软弱路基具有经济合理，施工时间短，承载力高，沉降减小明显等优点。采用非线性有限元对路堤荷载作用下的现浇薄壁管桩复合地基的工作特性进行了分析，结果表明：在路堤荷载作用下，路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担，有效地减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析.     

现浇薄壁管桩低应变动力检测适应性探讨

现浇薄壁管桩是一种大直径的管桩,在低应变检测时必然存在平截面假定不满足以及桩头三维效应的问题。无桩帽管桩低应变检测时由于激发了非轴对称的弯曲模态,并不是达到一定的深度平截面假定就会满足,各截面不同的点会受到不同程度的高频干扰,桩顶90°点受到了较小的高频干扰,低应变检测时激振点与传感器夹角为90°时更容易得到清晰的反射波信号。解析解和有限元解的结果均表明,带帽桩在桩帽的动力响应信号能看到明显的桩底反射和缺陷反射时距离桩心不同点上所感受的高频干扰的频率一样,速度振幅不同,距桩心0.50 （ 为桩半径）的点受到最小的干扰。