基于三维连续介质土模型的大直径桩纵向振动研究

摘要

为顺应建设事业的快速发展，建筑物的上部结构对桩基础承载力及变形能力的要求越来越高，因此桩基础呈现出向大直径桩发展的趋势。但由于大直径桩身尺寸的特殊性，其力学计算也较为复杂。相比普通桩型，对于三维连续介质土模型下的大直径桩的纵向振动动力特性研究则比较匮乏。
　　在理论方面，对三维连续介质土模型下的大直径桩的桩身、桩侧土与桩身的相互关系、桩端土对桩身的支承作用做了简化模型的处理，采用解析方法较系统地分别对均质地基、径向非均质地基及改变桩底支承为虚土桩法三种情况下的大直径桩的桩-土耦合纵向振动问题进行研究;在试验方面，进行了室内模拟桩试验，将试验数据结果与上述研究的理论模型数据进行对比，分析基于三维连续介质土模型下大直径纵向振动理论的可行性。本论文具体研究内容可分为以下几个方面:
　　(1)基于土体三维波动效应和大直径桩Rayleigh-love杆模型，将桩侧土体视为均质情况，桩底假设为弹性支承，结合定解条件，建立桩-土耦合振动理论解析解。研究大直径桩身考虑横向惯性效应的必要性及桩身参数——桩径、桩身泊松比对桩项振动特性的影响。
　　(2)考虑大直径桩成桩引起的施工效应，利用圈层间力与位移的连续条件通过函数正交性递推，建立径向非均质状态下的大直径桩桩顶动力响应的理论解。分别研究在桩侧土质硬化或软化情况下，相关特质参数——施工扰动范围及径向土体划分圈层数、扰动程度的变化对桩顶振动特性的影响。
　　(3)改变桩底支承模型为虚土桩模型，通过积分变换及阻抗递推得桩顶频域解析解和时域半解析解。根据所得理论解，研究虚土桩参数——虚土桩划分精度、虚土桩长及虚土桩剪切波速对桩顶振动特性的影响，证明虚土桩法的合理性。
　　(4)利用低应变无线基桩动测仪测得模型桩的桩顶速度时域曲线，通过改变模型桩径及模型桩材质，将理论与试验曲线进行拟合。达到验证理论模型正确性的目的。
　　(5)对本文的上述研究成果进行总结，并对土体三维波动效应下的大直径桩纵向耦合振动的后续研究提出展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 桩-土耦合振动理论解析研究

1．2．2 模型试验研究

1．2．3 数值模拟研究

1．3 本文的主要研究内容

第二章 土体三维波动效应下大直径桩纵向振动特性研究

2．1 引言

2．2 均质土下计算模型及定解分析

2．2．1 均质土的计算模型和条件假定

2．2．2 定解分析

2．2．3 定解满足条件

2．3 求解方程问题

2．3．1 求解土体振动问题

2．3．2 求解桩振动问题

2．4 桩-土系统振动分析

2．4．1 桩径对桩顶动力响应的影响

2．4．2 横向惯性效应对桩顶动力响应的影响

2．4．3 泊松比对桩顶动力响应的影响

2．5 本章小结

第三章 径向非均质土三维波动效应下大直径桩纵向振动特性研究

3．1 引言

3．2 径向非均质土下计算模型及定解问题

3．2．1 径向非均质土的计算模型和条件假定

3．2．2 定解分析

3．2．3 定解满足条件

3．3 求解方程的问题

3．3．1 求解土体振动问题

3．3．2 桩振动问题求解

3．4 桩-土系统振动分析

3．4．1 圈层数对桩顶动力响应的影响

3．4．2 扰动范围对桩顶动力响应的影响

3．4．3 扰动程度对桩顶动力响应的影响

3．5 本章小结

第四章 土体三维波动效应下基于虚土桩模型的大直径桩纵向振动特性研究

4．1 引言

4．2 虚土桩模型下计算模型及定解分析

4．2．1 虚土桩模型的计算模型和条件假定

4．2．2 定解分析

4．2．3 定解满足条件

4．3 求解方程问题

4．3．1 桩段1的桩-土振动问题求解

4．3．2 桩段i的桩-土振动问题求解

4．3．3 桩段m的桩-土振动问题求解

4．4 桩-土系统振动分析

4．4．1 虚土桩分层精度对桩顶动力响应的影响

4．4．2 虚土桩长对桩顶动力响应的影响

4．4．3 虚土桩部分下的剪切波速对桩顶动力响应的影响

4．5 本章小结

第五章 大直径桩-土纵向振动特性模型试验研究

5．1 引言

5．2 试验目的

5．3 试验材料与设备

5．3．1 试验材料

5．3．2 试验设备

5．4 试验方案

5．5 模型桩及黄沙参数测试

5．6 试验结果与拟合

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简历

攻读硕士期间论文发表情况