横观各向同性饱和地基中埋置荷载的非轴对称瞬态响应

基于孔隙介质的Biot理论,首先利用Laplace变换,给出圆柱坐标系下横观各向同性饱和弹性多孔介质在变换域上的波动方程;将波动方程解耦后,根据方位角的Fourier展开和径向Hankel变换,求解了Biot波动方程,得到以土骨架位移、孔隙水压力和土介质总应力分量的积分形式的一般解;借助一般解,建立了有限厚度饱和土层和饱和半空间的精确动力刚度矩阵,并由土层的层间界面连续条件建立三维非轴对称层状饱和地基的总刚度方程;在此基础上,系统研究了横观各向同性饱和半空间体在内部集中荷载激励下的动力响应,并给出了问题的瞬态解答.该研究为运用边界元法求解饱和地基动力响应奠定了理论基础.     

层状地基端承桩扭转动力阻抗研究

本文采用Novak薄层法推导粘弹性地基的扭转动力阻抗,并将其用于考虑桩土相互作用的单桩扭转动力阻抗,又通过传递矩阵法将此公式推广到求取层状地基单桩扭转动力阻抗。而且本文以工程中常用的端承桩为例,推导了层状地基中端承桩扭转动力阻抗的简化计算公式。根据此公式,分析了频率、上覆软土层厚度、上覆软土层刚度等因素对单桩扭转动力阻抗的影响,分析结果表明,随着振动频率提高,层状地基中端承单桩的扭转动力阻抗的实部有缓慢下降的趋势,而虚部则增大;随着上覆土层厚度的增加,层状地基中端承单桩的扭转动力阻抗的实部和虚部均减小;随着上覆土层刚度的减小,层状地基中端承单桩的扭转动力阻抗的实部减小,虚部在低频段减小,而在较高频率段则增大。     

层状饱和土中部分埋入单桩的水平振动响应

研究了层状饱和土中部分埋入单桩在水平简谐荷载作用下的动力响应问题。基于Biot波动方程和Novak薄层法原理,在求得层状饱和土半空间位移和应力基本解的基础上,利用桩-土变形协调条件和桩单元间位移、转角、弯矩和剪力的连续性条件建立了桩身刚度矩阵方程,导出了水平稳态谐振下部分埋入单桩阻抗函数的封闭形式解答,并获得了桩身弯矩分布形式。将所提退化解与已有成果进行了对比,验证了理论推导的正确性。参数分析表明:埋入比、土层分布、表层土厚度和渗透系数对桩顶阻抗影响显著,但表层土厚度和渗透系数超过特定值后则其影响较小。     

沉箱加桩复合基础的振动特性

针对基础的振动特性进行了研究,首先对目前存在的采用动力Winkler地基梁模型分析群桩振动特性的基本方法进行了阐述,然后介绍了将沉箱视为刚体,根据水平和摇摆2个方向的动力平衡方程来确定其振动特性的基本理论。最后将群桩与沉箱的分析方法联合起来,对沉箱加桩复合基础的振动问题进行了研究,并通过算例说明了箱下群桩的存在对于基础整体动力性能的提高具有显著的作用。     

广义Voigt土模型基于虚土桩法的桩基纵向振动

在桩侧土广义Voigt模型条件下,研究成层土中黏弹性桩在纵向振动荷载作用下的动力特性。将桩底截面范围内有限层桩底土模拟为虚土桩,建立虚土桩-土、桩-土耦合振动模型,采用广义Voigt体模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程。利用桩-土、虚土桩-土的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解。通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩顶动力响应的影响,得到一系列的桩顶速度导纳曲线及时域反射波曲线。     

桩基瞬态动测响应的数学模型及基本特性

根据桩在瞬态激振方式下的阻尼波动方程,本文分别给出端承柱与浮承桩的振动初始条件和边界条件,并导出了两类桩瞬态动测响应的数学模型.通过与试验桩实测响应的对比,证明所建立的数学模型是正确的.文中还分析和讨论了桩的瞬态动测响应的五个基本特性,为动力测桩的参数估计提供了较严格的理论依据.     

桩基础在分层弹性地基场地土扭转波作用下的扭转地震反应分析

本文对分层弹性地基中单桩基础通过特征分析，建立了合理的力学模型，按分层弹性地基土模型对桩进行扭转振动分析，给出了桩基础扭转自振特性及在扭转地震载荷与扭转振动载荷作用下的强迫反应解析解，文中的解析公式为分层弹性地基中的桩基础扭转地震反应分析提供了一种新的解析方法。     

碎石桩复合地基振动响应试验分析

采用激振法和衰减测试对碎石桩复合地基块体振动响应进行现场试验，分析了该复合地基在不同激振方式下的振动反应规律，提出了碎石桩复合地基抗压、抗弯、抗剪刚度系数线性关系。同时通过试验对比，分析了自由振动与强迫振动两种测试方法对于碎石桩复合地基测试结果的适宜性，这对复合地基的理论研究及动力基础的天然地基的设计、试验和研究都具有实际意义。     

桩基础在无限层地基中的轴向地震反应分析

本文对无限层弹性地基中单桩基础通过特性分析建立了合理的软科学模型，按分层弹性地基土模型对桩进行动力分析，给出了桩基础轴向自振特性及在竖向地震载荷与动力载荷作用了强迫反应的解析解，文中的解析公式为无限层弹性地基中的单桩基础轴向地震反应分析提供了一种新的解析方法。     

纵向剪切波作用下长型地下结构与地基动力相互作用研究

为了研究在剪切波沿地下长型结构纵向传播情况下,惯性力对地下结构与地基动力相互作用的影响,基于Winkler地基模型和Euler-Bernoulli梁模型,分别建立了长型地下结构的静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程。通过振型叠加法将偏微分方程简化为常微分方程;利用微分算子法分别求得静力平衡方程;自由振动方程和强迫振动方程的解析解。通过算例计算,比较并分析了静力平衡方程解与强迫振动方程解的差别。结果表明在算例取值情况下,惯性力对结构振动的影响较小;而在地基基床系数k很小或轴向力N很大时,惯性力的影响才较为显著。     

Flexible support of a pile embedded in unsaturated soil under Rayleigh waves

Under the action of Rayleigh waves, pile head is easy to rotate with a concrete pile cap, and pure fixed-head condition is rarely achieved, which is a common phenomenon for it usually occurs on the precast piles with insufficient anchorage. In addition, the propagation characteristics of Rayleigh wave have been changed significantly due to the existence of capillary pressure and the coupling between phases in unsaturated soil, which significantly affects the pile-soil interaction. In order to study the above problems, a coupled vibration model of unsaturated soil–pile system subjected to Rayleigh waves is established on the basis that the pile cap is equivalent to a rigid mass block. Meanwhile, the soil constitution is simplified to linear-elastic and small deformations are assumed to occur during the vibration phase of soil–pile system. Then, the horizontal dynamic response of a homogeneous free-field unsaturated soil caused by propagating Rayleigh waves is obtained by using operator decomposition theory and variable separation method. The dynamic equilibrium equation of a pile is established by using the dynamic Winkler model and the Timoshenko beam theory, and the analytical solutions of the horizontal displacement, rotation angle, bending moment and shear force of pile body are derived according to the boundary conditions of flexible constraint of pile top. Based on the present solutions, the rationality of the proposed model is verified by comparing with the previous research results. Through parametric study, the influence of rotational stiffness and yield bending moment of pile top on the horizontal dynamic characteristics of Rayleigh waves induced pile is investigated in detailed. The analysis results can be utilized for the seismic design of pile foundation under Rayleigh waves.     

端承桩基础轴向地震反应分析

本文对分层弹性地基中端承桩基础通过特性分析建立了合理的力学模型，通过动力分析，给出了端承桩基础轴向自振特性及在竖向地震载荷作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中的端承桩基础轴向动力反应分析提供了一种新的解析方法。     

TMD结构基于双过滤白噪声随机地震激励的系列响应的简明解

针对既有方法在分析TMD结构基于双过滤白噪声激励下结构响应的解表达式复杂而导致计算效率低的问题,提出了一种简明封闭解法。首先,利用双过滤白噪声谱的滤波方程与TMD结构的地震动方程联立,可将TMD结构基于复杂的双过滤白噪声激励准确的表示为易于求解的运动方程;其次,基于复模态法获得TMD耗能结构位移、层间位移的系列响应的复特征值及复模态参与系数;然后基于随机振动理论获得了TMD结构随机地震动系列响应（相对于地面绝对位移和结构层间位移）的功率谱统一形式的二次正交解,进而获得了TMD结构系列随机响应的0-2阶谱矩和方差的简明封闭解。最后研究了基于首超破坏准、Markov过程假设及串联失效模式的TMD结构的体系动力可靠度。通过一算例分析,表明了本文方法的正确性和高效性。因此,本文方法可用于各类线性结构基于复杂的随机地震动响应的分析及其动力可靠度计算。     

Effect of travelling waves on stochastic seismic response and dynamic reliability of a long-span bridge on soft soil

It is generally known that the variability of earthquake ground motion is mainly in time and space. To investigate the impact of this variability on the seismic performance of a long-span flexible structure, we discuss the seismic dynamic responses of a real bridge subjected to stochastic seismic ground motion. We incorporate the effect of wave passage by means of the method of probability density evolution based on dynamic time-history analysis from the perspective of stochastic dynamics. First, we introduce the theory of probability density evolution and a category of stochastic seismic model. We then conduct a series of deterministic seismic dynamic analyses of the bridge to establish the probability density equation. Eventually, we obtain the probability information at the level of the probability density function of the seismic response by solving the probability-density evolution equation. The results show that the impact of travelling waves on a long-span structure is related to the characteristics of the earthquake ground motion and the structure, and that travelling waves increase the variability of the seismic response.     

打桩引起的地面振动的研究

为了对打桩引起的地面振动进行研究,应用一维应力波理论建立了粘弹性成层土中等截面弹性桩的力学模型,得到了桩中任意一点处位移的半解析解。利用桩与土的相互作用将桩对土的作用力简化到各土层面上。在复阻尼理论和纳维方程的基础上,利用分层法得到了任意荷载作用下土的位移、速度和加速度的解。从而得到了打桩引起的地面振动的衰减特性。通过实测结果和计算结果的比较说明了该方法的可行性。     

无限层弹性地基中常轴力桩基的地震反应分析

根据Ｗｉｎｋｌｅｒ地基模型，对桩基础通过特性分析建立了合理的力学模型。在动力分析的基础上，给出了桩基础横向自振特性及在常轴力与横向地震载荷作用下的强迫反应解析解。文中的解析公式为桩基础动力分析提供了一种新的解析方法。     

Seismic response of pile groups under oblique-shear and Rayleigh waves

A simple analytical solution is presented to calculate the pile-soil-pile interaction and eventually the dynamic response of pile groups when excited by the passage of Rayleigh waves and obliquely incident SH-waves. A dynamic Winkler model, with realistic frequency-dependent ‘springs’ and ‘dashpots’ in conjunction with physically motivated approximations is utilized to compute the wave field radiating from an oscillating pile and the effect of this field on an adjacent pile. The coupled rocking motion of the pile group resulting from Rayleigh waves and the torsional motion of the pile group resulting from SH-waves is accurately predicted by a simple mathematical expression. The results of the presented method can be obtained with ‘hand calculations’ and are in excellent agreement with results from ‘rigorous’ solutions based on integral equation formulations. It is found that the group response is primarily affected from the phase difference of the input seismic motion at the location of each pile (wave-passage effect). Pile-soil-pile interaction has insignificant effect and can be neglected.     

端承桩在分层地基中的横向地震反应分析

本文对分层弹性地基中端承桩基础按Ｗｉｎｋｌｅｒ（温克尔）地基土模型，通过特性分析，建立了合理的力学模型，经过动力分析，给出了端承桩基础横向自由振动特性及在横向动力载荷与地震载荷作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中端承桩基础在横向动力载荷与地震载荷作用下的动力反应分析，提供了一种新的解析方法。     

无限层地基中桩基础的扭转地震反应分析

对分层弹性地基中的单桩基础通过特性分析建立了合理的力学模型，按分层弹性地基土模型对柱进行了扭转振动分析，给出了桩基础扭转自振特征及在扭转地震载荷与扭转振动载荷作用下的强迫反应解析解，文中的解析公式为分层弹性地基中的桩基础扭转动力反应分析提供了一种新的解析方法。