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。     

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。     

打桩对桩周土体阻尼系数的影响

目前大直径超长桩的可打入性分析的准确性是打桩施工顺利进行的重要保障,打桩过程中土阻力预测是其中的关键一环。近几年高应变动测技术迅速发展,凭借其突出优势成为动力沉桩分析的新方法。结合高应变动测试验采用CAPWAP软件对打桩过程中土阻力进行分析,被广泛应用于海洋桩基监测和承载力评估中。CAPWAP程序中涉及的土阻尼系数Js和Jt对承载力计算影响非常大,是非常重要的参数,阻尼系数的取值直接影响承载力计算的准确性。为得到更准确的阻尼系数,对东海某工程2根桩进行全程高应变动测试验,并利用CAPWAP软件对其中一根桩的实验结果进行分析,对桩周土体阻尼系数做了研究,认为同打桩过程中的桩侧阻尼系数并非一成不变的,而是随着打桩的进行存在减小的趋势。     

桩基贯入过程的显式有限元分析

本文提出了分析桩基贯入过程的显式有限元数值方法,详细描述了利用节点约束法对桩锤和桩的头部撞击时相互作用的接触面及桩体侧面与周围地基间的滑移接触面的模拟过程的细节。文中采用八节点六面体单元对桩锤、桩体和地基进行有限元离散化,用摩擦接触单元来模拟桩-土接触面,用中心差分法对运动方程进行数值积分。文中提供了利用DYNA-3D程序对椎基贯入过程分析的数值结果。     

大直径钢管桩土塞效应的拟静力判断方法

钢管桩在贯入过程中土塞效应的正确判断对打桩阻力及承载力的预测有重要影响,常用的静力平衡土塞效应判断方法主要适用于小直径钢管桩。随着海洋平台工作水深的不断增加及海上风电工程的建设,直径大于2m的大直径钢管桩被广泛采用,管桩直径的增加改变了桩管内土体的受力与变形特征。通过数值模拟方法获得砂土中不同径长比的钢管桩在打桩过程中桩周土体的破坏模式,确定采用梅耶霍夫公式计算打桩过程中桩端土体阻力,同时分析锤击惯性力对桩管内土塞的影响,提出采用拟静力平衡法判断大直径钢管桩的土塞闭塞效应。开展不同径长比管桩的室内小比尺打桩模型试验,并对实际工程中的土塞闭塞效应进行判断,验证拟静力平衡法对判断大直径钢管桩土塞效应的适用性。     

单次冲击能量及P-S曲线测桩法

通过研究打桩公式法和应力波动法 (如CASE法 ) ,提出单次冲击能量及P S曲线测桩法 :用重锤或小型火箭筒一次冲击桩顶 ,用桩顶附近的检波器记录振波图和检测静、动位移 .通过实测冲击能 (总能量 )转换系数、波动和振动各自消耗的能量等各物理量 ,测定计算单桩竖向承载力 .利用振波图计算力 (P)与位移 (S)动态关系曲线 ,确定屈服点 ,并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静P S曲线的相关常数 ,进而确定与承载力相应的沉降量 .而且 ,可由PS曲线的形态判定桩身成型质量 .     

单次冲击能量及P em>-Sem>曲线测桩法

通过研究打桩公式法和应力波动法（如CASE法），提出单次冲击能量及P-S曲线测桩法:用重锤或小型火箭筒一次冲击桩顶，用桩顶附近的检波器记录振波图和检测静、动位移. 通过实测冲击能(总能量)转换系数、波动和振动各自消耗的能量等各物理量，测定计算单桩竖向承载力. 利用振波图计算力（P）与位移（S）动态关系曲线，确定屈服点，并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静P-S曲线的相关常数，进而确定与承载力相应的沉降量. 而且，可由PS曲线的形态判定桩身成型质量.      

地震动对锚索桩的响应特性研究

汶川地震震害调查表明使用预应力锚索的桩板墙变形协调性好,抗震性能高,但目前在预应力锚索桩板墙的抗震设计理论研究方面仍比较落后。鉴于此,利用FLAC3D对预应力锚索桩板墙的地震响应特征进行研究,包括桩身土压力分布、桩身变位及锚索内锚段应力的动力响应特性等,并通过改变地震动参数进行多种工况的分析,系统研究地震动参数对桩-土-锚动力耦合相互作用规律的影响。研究成果可加强对预应力锚索桩板墙抗震表现的认识,也为深化抗震机理研究提供可靠的依据。     

波列振幅衰减测桩法的研究与应用(Ⅰ)--单桩竖向承载力的测定

通过研究打桩公式法和应力波动法(如CASE法),作者提出：用重锤或小型火箭筒一次冲击桩顶,用桩顶附近的检波器记录振波图和检测静、动位移,通过实测冲击能(总能量)转换系数、波动和振动各自消耗的能量等各物理量,测定计算单桩竖向承载力．利用振波图计算力(P)和位移(S)动态关系曲线、确定屈服点。并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静PS曲线的相关常数,进而确定与承载力相应的沉降量。     

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。     

基于扩散虚土桩法的大直径桩纵向振动研究

在考虑大直径桩尺寸效应及桩端土应力扩散效应情况下,进行了非均质土中大直径桩的纵向振动研究。利用Rayleigh-Love杆理论,考虑大直径桩桩身的横向惯性效应;引入扩散虚土桩模型模拟桩端土对桩身的支承作用;桩侧土考虑径向非均质,采用复刚度传递多圈层平面应变模型——以此建立桩-土耦合振动系统的简化模型。结合边界条件、初始条件和连续条件,推导得出大直径桩桩顶速度的频域解析解和时域半解析解。通过各种工况下相关参数对桩顶动力响应的影响分析,得出非均质土中大直径桩的振动规律。     

风浪荷载作用下扩底桩基础桩周土应力特征分析

扩底桩基础在承受水平风浪荷载时,基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。基于有限元程序ABAQUS,针对近海风机单桩基础受力特点,分别建立扩底桩和等直径桩的有限元模型,着重分析扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩和等直径桩桩周土的应力主轴旋转角度规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。     

考虑水-桩-土相互作用的单桩式海上风机结构系统自振频率解析解

海上风机结构系统频率是海上风机结构和基础设计考虑的关键因素之一,桩-土相互作用对海上风机结构系统频率影响显著。基于欧拉-伯努利梁理论和传递矩阵方法,考虑水-桩-土相互作用及塔筒变截面特性,建立单桩式海上风机结构系统横向振动自振频率特征方程;将桩-水相互作用等效为附加质量、桩-土相互作用等效为线性弹簧,变截面塔筒等效为多段均匀梁,利用MATLAB中fsolve函数求解固有频率。通过与有限元分析结果进行对比,验证本文方法精度与有效性,并将本文方法应用于实际工程中,研究桩基础埋深、上部质量、转动惯量和桩-水相互作用对单桩式海上风机结构系统自振频率的影响。     

塑料套管混凝土桩挤土效应现场试验

结合申嘉湖杭高速公路练杭段加固软土地基工程开展了塑料套管混凝土桩挤土效应的现场试验研究。设地表观测点观测桩打设过程中桩周土体隆起情况;采用绑定仪器的方形木桩等效模拟塑料套管混凝土桩研究不同时刻桩侧挤土压力和孔隙水压力的变化。结果表明打桩过程中在距桩中心约2.2倍沉管外径处地面隆起量最大,约为沉管外径的17.2%;打设完成第一根相邻桩(距离1.6 m)桩侧土压力及孔隙水压力增大10%～20%,其后随着打设桩距木桩距离的渐远,两次打桩后的土压曲线和孔压曲线变化不大,仅在下部桩端处变化较大;场地内桩打设完毕后,沉桩引起的超孔隙水压力逐步消散。根据实测数据建议塑料套管环刚度控制在8～16级。     

CFG桩复合地基桩土应力比分析

根据工程软弱土层进行复合地基处理后的静载荷试验结果,对CFG桩、桩间土荷载分担及桩土应力比随外荷载的变化规律进行了分析,提出了本次试验的极限桩土应力比。这些试验结果和分析结论对指导西南地区软弱土地基处理与加固有一定的参考价值。     

二相介质饱和土中群桩动力阻抗分析

用流体饱和多孔介质材料描述土体，由饱和土和群桩及承台系统的位移协调条件和力平衡条件建立饱和土和群桩及承台系统动力相互作用的控制方程，分析饱和土中群桩动力阻抗。结果表明：孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗有一定的影响；在饱和土具有不同的流体渗透系数时，饱和土中群桩动力阻抗也有一定差别。在地基上与基础结构动力相互作用研究中应该考虑地基土中孔隙流体的影响。     

多筒基础平台冰荷载作用下基础反力分析

本文将边界层模型用于吸力桩(筒型基础)这种特殊的桩体，对位于渤海湾锦州地区的JZ9—3筒型基础系缆平台冰力作用下的土压力进行了计算分析，并将计算结果与实测数据进行了对比。结果表明计算值基本上反映了基础土-筒相互作用的应力状态，边界层模型可以有效地分析吸力桩-土相互作用问题。     

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.     

群桩-土-墩柱相互作用体系抗震性能试验及数值模拟研究

为进一步研究土-结构相互作用(SSI)体系的抗震性能,以1∶4比例尺桥梁墩柱模型为试验对象,考虑土-结构相互作用,通过拟静力试验观察了试验现象,得到了模型滞回曲线、耗能能力等数据。通过有限元软件ABAQUS建立了与试验情况相同的有限元模型,并分析计算。建模分析结果与试验结果一致,在此基础上,以本模型为对象进行了地震反应时程分析,得到了不同地基条件下的位移时程曲线及桩身应力、桩身位移响应曲线,并用m法对比计算桩的位移响应曲线。分析结果表明:不同地基条件下群桩-土-刚度较大墩柱结构体系破坏形式不同;在地震作用下,短桩基础在桩的中段处应力达到最大值,有必要在此处予以加强;在地震作用较大时,m法计算的桩顶位移偏小,且m法无法计入群桩效应,可能导致群桩基础内力的计算偏于不安全,建议予以重视。     

插桩过程对临近平台桩基础的影响研究

由于大型自升式钻井船的插桩位置通常距离海上钻井与采油平台较近,桩靴的插入过程可能会对临近平台的桩基础承载力和稳定性产生不利影响。以实际工程为背景,运用球孔扩张理论推导挤土效应产生的水平附加应力大小及其范围;提出一种近似考虑动力挤土效应的拟静力数值模拟方法,分析桩靴下沉到不同深度处时的桩基承载力、桩身应力和最大水平位移,并与静力分析结果进行对比。研究表明,桩靴插入过程对周围土体产生巨大的挤压和扰动作用,使得桩基承载力降低,桩身应力变大,最大水平位移增加;与静力法计算数值相比,由挤土效应导致的单桩承载力下降6%~8%,桩身应力增大30%~80%,桩身最大变形量增长1倍。