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。     

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。     

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.     

考虑桩周土竖向作用大直径楔形桩纵向振动特性

将桩土系统划分为数量足够多的微元段,相邻微元桩段接触面处的环形凸面与土的相互作用采用单个Voigt体模拟,求得Voigt体的弹簧和黏壶系数。结合相邻微元桩段接触面上的应力平衡条件和位移连续条件,得到修正的阻抗函数递推法,桩身采用Rayleigh杆考虑桩身的横向惯性效应。结合桩底的边界条件,运用拉普拉斯变换和修正的阻抗函数递推法求得了平面应变条件下成层土中考虑桩周土竖向作用时大直径楔形桩桩顶复阻抗的解析解。通过与已有解对比,研究了桩周土竖向作用对桩顶复刚度和桩顶在瞬态激振下的速度响应的影响,并在低频域内详细分析了桩周土的竖向作用与桩土系统参数对桩顶复刚度的影响的耦合作用。     

层状土中的轴向载荷桩

本文运用严密的弹性荷载传播理论，依据有效应力对层状土中轴向载荷桩的性状进行了研究。根据Ｍｕｋｉ和Ｓｔｅｍｂｅｒｇ的方法，将要研究的问题分解为具有层状土弹性性质的扩展土层和其特性由杨氏模量来表示的一根虚拟桩两个系统来进行研究，而虚拟桩的杨氏模量等于真实桩的杨氏模量与相应土层的杨氏模量之差。     

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%。     

桩在饱和土中水平振动的辐射阻尼简化算法

将适用于单相土－桩系统的Novak的平面应变假设和Gazetas的分象限假设推广到饱和土－桩系统中。通过简化后的微分方程推导了饱和土－桩系统辐射阻尼系数的解析解答。最后用算例说明了饱和土中两个压缩波的特性，比较了饱和土和单相土的单位桩长辐射阻尼系数，比较了简化算法和三维有限元方法求得的桩头幅射阻尼比，结果证明简化算法在一定条件下适用于计算层饱和土－桩系统的辐射阻尼。     

传递矩阵法分析层状地基中桩的扭转变形

研究了扭矩作用下单桩的扭转变形.采用积分变换和传递矩阵方法,求解了成层土在内部环形荷载作用下的基本解;利用此基本解并考虑桩土位移协调条件,提出了层状地基中单桩扭转变形分析的解析方法;并按此理论方法对匀质地基模型进行了数值计算,其结果与已有经典解答相当吻合.     

东南亚某工程旋挖灌注桩单桩竖向承载力分析

桩基静载试验在确定单桩极限承载力方面是常用的方法,目前针对国内工程的相关研究较为丰富,但在海外工程方面的实例则相对较少,而且一般的试验研究未达到桩基受力的极限状态,试验资料不够完整,因而进行桩基的破坏性试验是很有必要的。为此,该研究结合东南亚某项目实例,对该工程子厂房的6根试桩,进行了单桩竖向抗压极限承载力的现场破坏性静载试验,采用试桩的Q～t和S～t曲线分析了单桩竖向承载力的试验过程,对单桩竖向极限承载力按相关规范进行了综合确定,为该地区同类工程积累了经验,也为该类型桩的进一步研究提供了宝贵的试验资料。     

成层土中考虑桩土相对滑移的单桩沉降分析

基于Mindlin位移解,对成层土中的单桩及桩周土作离散化处理,建立了桩土之间有相对滑移和土体存在极限阻力的单桩分析模型,其中桩体沉降采用有限差分法求解,而桩周成层土体的沉降则利用考虑了各单元土体相互影响的ML法计算。两部分之间通过位移协调建立联系,并采用迭代法求解,建立的模型具有较严密的理论基础,且能反映真实的土体分层特性,算例结果亦表明有较高的计算精度。     

静压沉桩与锤击沉桩对天津地区预制桩单桩竖向承载力的影响

通过对JGJ 94-94规范有关预制桩部分的编制说明及编制依据等资料分析,结合试验研究与工程实践对静压预制桩单桩竖向承载力的问题进行了讨论.研究表明按<建筑桩基技术规范>(JGJ 94-94)估算的静压预制桩的单桩竖向承载力值远远低于单桩竖向静载荷试验实测值.     

基于ANFIS的单桩竖向极限承载力预测模型

人工神经网络已应用在岩土工程的各个方面。针对常用的BP网络的不足之处,建立了基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的单桩竖向极限承载力预测模型。利用文献中桩的载荷试验数据来训练ANFIS网络,确定了网络参数。研究结果表明,同常用的BP网络相比,ANFIS预测模型具有学习速度快,拟合能力较好,训练结果唯一等优点,该方法是一种有效地预测单桩极限承载力的方法。     

考虑黏性的液化土中水平振动桩基桩顶阻抗研究

建立了三维黏性流体-桩-土体相互作用分析模型,对简谐激振水平动荷载作用下的液化土中桩基振动响应问题进行解析研究。将桩周液化土体视为黏性不可压缩流体,建立流体运动方程,利用亥姆霍兹分解和分离变量法并结合流体边界条件和桩-流体位移、速度连续条件及桩身边界条件,求得了黏性流体动压力及流体速度势解析表达式,从而得到桩身阻力表达式。用饱和多孔介质模型模拟饱和未液化土层,在已有饱和未液化土层振动响应解析解的基础上,推导得出上覆黏性液化流体,下层土体为饱和未液化土中水平振动桩基桩顶阻抗解析解。与已有的水中悬臂梁自由振动解析解对比,验证提出的模型解的正确性,最后分析了流体黏滞系数、桩长、桩土模量比对桩顶阻抗的影响。结果表明,忽略液化土体的黏性特征会高估桩基础桩顶的刚度阻抗,低估其阻尼阻抗。     

桩土相互作用及单桩承载力确定模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础．结合东营地区具体土层结构、性质特点．采用有限单元法对软土地区的砼灌注桩桩土相互作用进行仿真模拟．研究桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系．通过桩载试验资料对比．得出三维有限元法的模拟结果与实测值相近。在此基础上．根据侧摩阻力最大值发挥不同步这一特点和桩土相互作用的实质及荷载传递规律．提出一种新的单桩圾限承载力计算公式。     

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。     

非饱和土中端承桩水平振动特性研究

针对非饱和土中桩的水平稳态振动问题,采用三相多孔介质波动方程,考虑固、液、气三相材料间的惯性和黏性耦合效应以及基质吸力的影响,通过Helmholtz矢量分解及分离变量法解耦波动方程,并将基桩等效为能描述其剪切变形和转动惯性效应的铁摩辛柯（Timoshenko）梁模型,采用Novak三维连续介质模型对非饱和土中端承桩的稳态水平振动进行了理论推导,获得了桩顶水平频域响应解析解,讨论了饱和度对土层和桩顶阻抗的影响以及桩身位移、内力沿深度的分布规律。结果表明,随着土体饱和度的升高,土层复阻抗和桩顶动力阻抗增大,桩身位移和内力则相应地减小;饱和度,包括渗透系数在内的影响仅在土体接近准饱和时才得以发挥;频率较低时,短桩拥有较大的刚度因子。桩长越长,阻抗因子越大,而共振频率越低。当长径比超过10时,桩顶阻抗不再随长径比的增加而改变。     

层状土中群桩非线性沉降的摄动分析

采用包含一个内变量的连续化St Venant模型,即连续的Masing-Iwan模型,模拟桩-土界面扰动区土体的非线性行为。基于两种分析单桩的荷载传递模型,假设桩-土-桩相互作用为弹性且服从叠加原理,推导出了适用于群桩中基桩的两种荷载传递新模型。采用荷载传递法建立了单桩和群桩的非线性控制方程,提出了近似求解该控制方程的摄动分析法,得出了单桩和群桩的荷载沉降和轴力分布方程。所得结果表明,在低荷载水平下严格趋近于弹性解;而在高荷载水平下,能够反映直到破坏阶段的桩的荷载-沉降特性。通过一个现场试验的理论预测结果与实测数据的对比分析,验证了方法的有效性和适用性。     

膨胀土中单桩承载力计算方法的探讨

膨胀土具有特殊的工程特性 ,按一般土层计算的单桩竖向承载力与桩的实际承载力相差较大。通过一个工程的计算实例并结合几个工程的承载力统计值 ,得出将桩侧土的摩擦力标准值乘以 0 5的系数比较接近实际     

考虑三维波动的饱和土中管桩群桩的水平振动研究

考虑桩周饱和土和桩芯饱和土的三维波动效应研究了饱和土中管桩群桩的水平振动,得到了管桩群桩的水平动力阻抗。将桩周土和桩芯土视为两相饱和土,并利用多孔介质理论来描述其力学特性。运用数学物理手段求得了桩周饱和土和桩芯饱和土的水平动力阻抗。运用波的传播理论和叠加原理,同时考虑边界条件和三角函数的正交性,求得了管桩群桩中任一根管桩的水平作用力。考虑刚性承台处管桩桩顶位移协调条件和桩顶水平作用力平衡条件,得到了饱和土中管桩群桩的水平动力阻抗。以2×2管桩群桩为例分析和讨论了有关物理参量对饱和土中管桩群桩水平振动特性的影响。研究结果表明:实芯群桩与管桩群桩的水平动力阻抗都存在一定的差异,频率较小时需要考虑桩芯饱和土与桩周饱和土性质的差异对管桩水平动力阻抗的影响,管桩长径比和管桩壁厚对饱和土中管桩群桩水平振动的影响较大,在实际工程设计中需要重点考虑桩身尺寸。