粘弹性桩打桩过程中的应力波分析

主要讨论了粘弹性桩打进过程中的应力波传播问题。探讨了刚性重锤与桩撞击产生的冲击荷载及粘弹性桩在刚性锤撞击下的振动方程,给出了桩纵向振动的解析解,并分析了桩的粘滞系数及桩端土刚度对桩端质点振动速度响应的影响特点。     

软土地基沉降的二维非线性粘弹性反演与预测

基于Merchant粘弹性模型和简化双曲线模型，建立软土地基沉降的二维非线性粘弹性Biot固结有限元计算公式；根据最小二乘法建立目标函数，采用Simplex直接优化算法反演确定参数；为反演能获得在物理意义上合理且数学上唯一的参数，提出从简单模型到复杂模型的分步反演分析方法。实例分析表明，该方法是可行的。     

打入桩的非线性侧向振动

针对工程实践中出现的问题,将打入桩的自由段简化为入土端嵌固、锤击端简支的压杆模型,建立桩的振动微分方程,研究锤击轴向力对桩振动频率的影响,并对比锤击初阶频率与桩振动基频的关系得出锤击作用引起柔性桩共振的规律,提出了避开共振影响范围,解决现场工程问题的方法.     

坚硬顶板运动特征的数值模拟及非线性动力学分析

分别从三维离散单元法及非线性动力学方法两个角度研究了坚硬顶板的运动规律,得到了较一致的结论。坚硬顶板的初次垮落具有冲击性,应力水平较高,该阶段的LE1为负值,系统处于有序的定常态;所研究条件下实施防冲措施的最佳时机在第2阶段开采活动结束之前,可促使坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化;∑(+LEi)表明第4阶段的混沌程度最高,对应应力水平适中的周期性运动阶段。研究表明,除了初次冲击性垮落阶段,坚硬顶板运动系统在其它阶段均处于孕育着变化的混沌态。     

基于虚土桩模型的三维饱和介质中浮承桩纵向振动特性分析

基于Biot波动理论提出了一种桩底饱和虚土桩模型,同时考虑桩周、桩底土体三维波动效应及饱和特性,建立了三维饱和黏弹性土、虚土桩和实体桩完全耦合振动定解问题。采用势函数求解得出饱和土体位移解,并利用饱和土-桩界面耦合条件,求解得出桩顶纵向振动动力阻抗解析解答。将所得解退化到已有解析解进行对比验证,并在此基础上对浮承桩纵向振动特性进行参数化分析,计算结果表明:桩底饱和土层厚度越大,桩顶动刚度和动阻尼曲线振幅及共振频率越小,且当桩底饱和土层厚度增大到一定程度后,振幅呈现大、小峰值交替现象;桩周饱和土体孔隙率仅对桩顶动力阻抗曲线振幅产生明显影响,而桩底饱和土体孔隙率对桩顶动力阻抗曲线共振幅值和共振频率均影响显著;随桩周、桩底饱和土体剪切模量的增加,桩顶动力阻抗曲线共振幅值水平均明显降低,且受桩周饱和土体剪切模量影响更为突出。     

边坡演化的非线性时间序列多元混沌判别

以实测非线性时间序列为对象, 通过估计延迟时间与嵌入维数的相空间重构方法, 采取排除时间相关性点对的方法计算边坡系统关联维数D2;采用改进的Kantz法计算最大Lyapunov指数、以K₂熵作为Kolmogorov熵的近似, 并引入近似熵ApEn及系统复杂度混沌特征指标, 研究了边坡演化的多元混沌特征.通过实例分析, 发现多数边坡系统关联维数D₂为非整数, 最大Lyapunov指数、熵值均大于零以及系统复杂度位于(0, 1) 区间偏小值, 通过与确定性系统特征量的比较, 揭示了边坡系统的混沌特征, 并得出临滑阶段边坡混沌特征最为明显的结论.      

矿区岩层运动非线性动力学特征及预测研究的基本框架

本文把声发射作为序参量描述了岩层运动过程中的自组织性,通过Lyapunov指数的计算对岩层运动过程中的混沌性进行了分析;提出了确定系统独立变量数目的准则和利用自组织映射神经网络确定独立变量类型的方法,最终建立了岩层运动的非线性动力学反演预测方法,从而构成了岩层运动非线性动力学预测研究的基本框架,这对地震、煤矿冲击地压等地质灾害的预测具有重要参考价值。     

桩的水平承载力实用非线性计算方法--NL法

以大量的桩基水平静载荷试验实测资料为基础,提出了一种水平土抗力与深度、位移的函数关系以及水平地基反力系数与土质指标的函数关系,并利用相似原理,将非线性有限远的数值计算转化为简单的查表计算,建立了一种新的桩的水平荷载作用下的非线性计算方法－－ＮＬ法,３９根桩的实例计算结果表明,该方法具有可靠的精度和较强的实用性。     

非均质土中桩端扩散虚土桩法的桩基纵向振动研究

根据桩端土应力扩散的规律,建立了桩端扩散虚土桩模型。基于该模型对非均质土中桩-土纵向耦合振动进行研究。利用复刚度传递多圈层平面应变模型,得到桩与虚土桩桩侧土的剪切复刚度。结合边界条件、初始条件和连续条件,对扩散虚土桩和实体桩动力方程从底层往顶层逐层进行求解,得到桩顶动力响应的频域解析解和时域半解析解。通过对桩端扩散虚土桩扩散角、扩散层厚度、桩侧土非均质性和桩长的影响进行计算分析,得到基于扩散虚土桩法桩-土纵向振动响应特性。研究结论可为桩基础动力设计和动态检测提供理论依据。     

考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型

纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的纵向非线性等效抗弯刚度计算模型,基于椭圆积分严格推导纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道在环缝完全闭合、半张开和完全张开3种变形模式下的纵向等效抗弯刚度,并根据中性轴位置方程得到各弯曲模式的临界轴力和弯矩判据,通过与既有解析模型计算结果、模型试验数据和数值计算结果的对比验证了所提出的模型的可靠性。采用该模型开展了纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横向性能对其纵向刚度的影响分析,讨论了理论模型构建时非严格椭圆积分推导的计算误差,并基于该模型提出了附加荷载作用下盾构隧道横纵向变形的耦合分析方法。研究结果表明：该模型的解析推导是准确可靠的;盾构隧道的纵向等效抗弯刚度与其横向刚度密切相关,且为正相关;在压弯状态下盾构隧道纵向等效抗弯刚度随横向刚度的增大而得到明显提升。提出的模型构建了轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横、纵向刚度的匹配性,为盾构隧道横、纵向结构耦合分析搭建了桥梁。     

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。     

Vertical impedance of an end‐bearing pile in viscoelastic soil

This paper presents a new method to derive the analytical solution for the vertical impedance of an end‐bearing pile in viscoelastic soil. The soil is assumed as a homogeneous and isotropic layer, and the pile is considered as a one‐dimensional Euler rod. Considering both the vertical and radial displacements of soil and soil–pile coupled vibration, the governing equations of the soil and pile are established. The volumetric strain of soil is obtained by transformation on the equations of soil and variable separation method. Then the vertical and radial displacements of soil are obtained accordingly. The displacement response and impedance function of pile are derived based on the continuity assumption of the displacement and stress between the pile and soil. The solution is verified by being compared with an existing solution obtained by introducing potential functions. Furthermore, a comparison with two other simplified solutions is conducted. Numerical examples are presented to analyze the vibration characteristics of the pile. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

竖向地震动对斜坡场地非线性地震反应的影响

国内外规范中推荐或强制规定竖向地震动取为剪切反应谱的1/2～2/3,但该规定如何改进使其更合理已成为一重要课题。首先,对其研究现状简单总结,给出了可处理辐射阻尼、地震动相位特性、计算高效的二维波动显式有限元等效线性化程序ELPSV编制的必要性,然后进行了分析。初步研究表明,竖向地震动强度对周期在0.3 s以下的地表剪切反应谱有一定的影响,而高于0.3 s部分影响轻微。竖向地震动强度对斜坡场地的竖向地震反应及地表竖向反应谱影响显著,按规范的取值将偏于不安全。受地形条件影响,坡顶剪切地震反应会比坡脚反应要大,而竖向地震反应并不明显。土层边界面的地震反应要比周围反应要低,交界面效应明显。软斜坡场地地震反应特性除场地竖向地震反应自下而上先增加后减小的规律外,其他情形与硬斜坡场地的规律基本一致。该结果定量反映了竖向地震动的影响程度,为斜坡场地上考虑竖向地震动的建（构）筑结构的抗震设计提供了有益的基础。     

地基非线性波动问题中黏-弹性人工边界研究

建立了考虑地基动力非线性效应的波动模拟的二维和三维黏-弹性人工边界条件。引入考虑动力非线性特征的土体等效线性模型中的动模量变化模式,推导了新的平面内法向、平面内切向以及出平面切向的黏-弹性人工边界公式,同时也给出了新的三维法向、切向黏-弹性人工边界公式,并在实际应用中采用等效线性化方法处理,进行了数值算例分析,结果表明,新的黏-弹性人工边界具有更好的精度,可以用于地基非线性波动问题的研究。     

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。     

考虑竖向摩阻力的抗滑桩嵌固段内力计算

抗滑桩变形过程中产生的竖向摩阻力可以形成反力矩,有助于抵抗滑坡推力,现对竖向摩阻力对抗滑桩嵌固段内力及变形的影响进行研究。在弹性地基系数法K法和小变形假设的基础上,假定竖向摩阻力与桩岩相对位移成正比,建立考虑竖向摩阻力的抗滑桩受力模型及其挠曲变形微分方程,并推导其求解过程。通过马家沟Ⅰ号滑坡抗滑桩实例计算,分析了竖向摩阻力对抗滑桩内力及变形计算的影响。竖向摩阻力形成的反力矩能减小抗滑桩的变形及内力,对抗滑桩剪力的影响最大,水平位移次之,对弯矩影响最小。考虑竖向摩阻力的抗滑桩计算模型能改善目前抗滑桩设计中剪力计算过大的问题,使抗滑桩设计更为合理。     

水平荷载下套管桩基的非线性响应分析

提出了用新型套管桩基来提高海洋平台桩基水平承载力和减小平台响应幅值。采用p-y曲线法来模拟桩土间的相互作用,对套管桩基进行非线性响应分析,研究了套管的埋深和宽度对桩身变形和土抗力的影响,并与普通桩基进行了对比分析。研究表明,套管桩基能充分发挥桩土间的相互作用,提高桩基的水平承载力,减小桩基的水平响应。     

Vertical vibration of a rigid strip footing on viscoelastic half-space

This paper presents an analytical method for modeling the dynamic response of a rigid strip footing subjected to vertical-only loads. The footing is assumed to rest on the surface of a viscoelastic half-space; therefore, effects of hysteretic soil damping on the impedance of the foundation and the generated ground vibrations are considered in the solution. To solve the mixed boundary value problem, we use the Fourier transform to cast a pair of dual integral equations providing contact stresses, which are solved by means of Jacobi orthogonal polynomials. The resulting soil and footing displacements and stresses are obtained by means of the Fourier inverse transform. The solution provides more realistic estimates of footing impedance, compared to existing solutions for elastic soil, as well as of the attenuation of ground vibrations with distance of the footing. The latter is important for the estimation of machine vibration effects on nearby structures and installations.     

Analysis of creep settlement of pile groups in linear viscoelastic soil

This paper presents the analysis of creep settlement of pile groups for line pile groups, square pile groups, and rectangular pile groups undergoing creep settlements over a period of time. The soil is treated as a viscoelastic material and is modeled using a three-parameter viscoelastic model. The damping component (dashpot) takes care of the permanent time-dependent deformations in three-parameter viscoelastic model. An approach suggested by Mindlin has been employed to calculate the stress distribution along the pile length in a group. The viscoelastic problem is converted into an elastic problem by the application of Laplace transform. Results in the form of variation of interaction factors for parameters such as pile length to diameter ratio, pile spacing, Poisson's ratio, and modulus ratio have been presented. Comparison has been made between interaction factors for piles groups undergoing immediate settlements and creep settlements. Finally, a typical predictive example has been presented for a 3 × 3 pile group showing creep settlement. The load rearrangement due to creep settlements causes about 5% to 35% increase in base resistance over time. Interaction factors for pile groups (2 × 1, 3 × 1, 2 × 2, and 3 × 2) undergoing creep settlement is about 15% to 55% higher than the interaction factors considering only the immediate settlements for pile group spacing less than or equal to 5d.