刚柔组合桩复合地基动力有限元分析

摘要

近年来，组合桩复合地基的动力特性分析已成为人们关注的热点问题之一。本文基于爆破地震动作用下的复合地基现场动力试验，建立了三维有限元模型。根据现场试验的勘察报告和现场复合地基静动力试验结果选取了数值模拟的计算参数，研究了在爆破地震动作用下CFG桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基和CFG芯水泥土环桩组合桩复合地基的动力特性和动力时程响应。
　　本研究主要内容包括：⑴由现场模型试验可知，在爆炸能量、震源深度相同条件下，复合地基的动力特性主要取决于土性、桩体刚度分布和上部作用荷载的大小；上部作用荷载的增加使得各测点的峰值加速度明显降低，爆破孔到复合地基边缘垂直距离越大，相同位置处的峰值加速度越大；⑵由现场模型试验可知，在相同爆炸能量作用下，震源位置、复合地基形式，对复合地基各测点的主频和阻尼比有影响，但规律不明显；振动主频和阻尼比主要取决于震源和测点之间土性和桩体的性质；⑶根据试验场地勘察报告的数据，得到了各类计算基本参数。将有限元计算结果与现场载荷试验结果相比较，对复合地基土体的静变形模量进行调整。结合复合地基动力分析试验，得到动弹性模量、阻尼比等参数；⑷对复合地基有限元模型进行模态分析，得到三种桩型的自振频率。夯实水泥土桩复合地基的频率和CFG芯水泥土环桩组合桩复合地基的频率与CFG桩复合地基的频率相比，均在-8.17％~8.42%变化范围内；数值模拟计算得到频率与现场试验的频率相比，均在-0.38%~26.97%范围内变化；⑸通过对三种桩型复合地基现场试验和数值模拟的不同位置或不同深度处桩体、桩间土进行分析，得出结论：在相同爆炸能量、震源位置、深度和上部荷载作用下，数值模拟计算得到的与现场试验测得的加速度时程曲线随到爆破孔距离增加或深度减小的变化规律相近，且数值模拟动力响应小于现场试验测得的动力响应。

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第1章 绪论

1.1 研究目的

1.2 复合地基动力分析研究现状

1.3 研究的内容

第2章 复合地基动力分析理论

2.1 动力有限元方程推导

2.2 直接积分法

2.3 振型叠加法

第3章 刚柔组合桩复合地基现场试验

3.1 工程地质条件

3.2 刚柔组合桩复合地基现场试验

3.3 振动峰值加速度

3.4 频率

3.5 阻尼比

3.6 本章小结

第4章 刚柔组合桩复合地基数值模拟

4.1 复合地基模型基本假定

4.2 复合地基模型的建立

4.3 静力计算模型参数的确定

4.4 动力计算模型参数的确定

4.5 模态分析

4.6 复合地基动力源和节点选取

4.7 现场试验与数值模拟动力响应分析

4.8 本章小结

第5章 结论与不足

5.1 结论

5.2 不足

参考文献

致谢