考虑虚土桩扩散角时桩土动静特性分析

摘要

本文分析了虚土桩扩散角对桩土动静特性的影响。虚土桩法是为了解决桩和桩端土相互作用而提出的一种新方法,该方法将桩身正下方到基岩之间的土体假设为“土桩”一即虚土桩,虚土桩的求解按照桩的一维杆件理论进行,参数选取实际土体的参数。与传统理论相比,虚土桩模型具有一定的优势。主要体现在:可以充分考虑桩端土的成层性、基岩的埋置深度,其参数的选取也与土层的实际参数联系紧密。
　　 本文基于虚土桩法,做了如下4项工作:
　　 1.在忽略土体的径向位移条件下,考虑虚土桩扩散角并假定扩散角沿深度变化为一常数,对简谐荷载作用时刚性圆盘下均质滞回材料土体的振动特性进行研究,得到了刚性圆盘底部土体的实际支承复刚度以及土层在简谐荷载作用下的动力特性。分析泊松比、阻尼等参数对桩土动力特性的影响,同时还与其它学者的研究成果进行对比,分析虚土桩法在求解桩土动力耦合问题中的适用性和精度等问题。
　　 2.桩端土单层条件下,采用平面应变模型,研究桩土耦合作用时虚土桩扩散角对桩土动力特性的影响。对桩的动力方程进行Laplace变换,通过复刚度传递法,递推求解得到桩顶受纵向激振力作用下的复刚度、速度导纳、位移幅频在频域表达式,再利用卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解。研究不同土质、不同桩长条件下等条件下虚土桩扩散角对桩的动力特性的影响,同时分析端承桩桩底沉渣特性对桩顶动力响应的影响,并结合工地实测资料进行拟合对比。
　　 3.桩端土单层条件下,采用连续介质模型,研究桩土耦合作用时虚土桩扩散角对桩土动力特性的影响,同时对平面应变模型和连续介质模型在相同条件下得到的解进行分析对比。对桩土动力耦合方程进行Laplace变换,根据边界条件求解得到桩顶动力特性在频域内的解析解以及时域内的半解析解。分析粘性阻尼对桩的动力特性的影响并研究不同桩端土性质下虚土桩扩散角对桩的振动特性的影响。
　　 4.从三维轴对称模型出发,建立桩土体系静力平衡方程,通过积分交换,得到桩顶沉降在频域内的解析解和在时域内的半解析解,进而分析单桩随时间变化的规律,同时利用虚土桩模型计算得到的结果与实测数据进行拟合对比。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 桩基振动理论研究现状

1.2.1 Winkler理论模型

1.2.2 平面应变模型

1.2.3 连续介质模型

1.2.4 数值计算模型

1.2.5 桩端土计算模型

1.3 问题的提出及本文主要研究工作

1.3.1 问题的提出

1.3.2 本文主要研究工作

第2章 考虑扩散角时虚土桩法精度研究

2.1 引言

2.2 数学模型与基本假定

2.3 桩土耦合振动定解问题

2.3.1 桩土耦合振动基本方程

2.2.2 桩土系统的边界条件

2.3 定解问题求解

2.3.1 桩周土体振动问题求解

2.3.2 虚土桩第1个单元振动问题求解

2.3.3 虚土桩第i个单元振动问题求解

2.4 分层数量研究

2.5 土层动力特性分析

2.6 刚性圆盘底部复刚度分析

2.6.1 复刚度随长径比的变化

2.6.2 复刚度随泊松比的变化

2.7 虚土桩扩散角取值探讨

2.8 本章小结

第3章 平面应交模型下桩土振动特性研究

3.1 引言

3.2 计算简图及假设条件

3.3 桩土耦合振动定解问题

3.3.1 土体动力模型

3.3.2 桩和虚土桩动力模型

3.3.3 边界条件

3.4 定解问题求解

3.4.1 土层振动方程求解

3.4.2 桩和虚土桩纵向振动方程求解

3.5 桩顶动力响应分析

3.5.1 虚土桩波速不同时扩散角对桩顶响应的影响

3.5.2 桩端土厚度不同时扩散角对桩顶响应的影响

3.5.3 桩长不同时扩散角对桩顶响应的影响

3.6 沉渣特性分析

3.6.1 沉渣厚度对桩顶动力响应的影响

3.6.2 沉渣波速对桩顶动力响应的影响

3.6.3 工程运用

3.7 本章小结

第4章 连续介质模型下桩土振动特性研究

4.1 引言

4.2 桩土耦合振动定解问题

4.2.1 计算简图和假设条件

4.2.2 桩土耦合振动基本方程

4.2.3 桩土系统的边界条件

4.3 定解问题求解

4.3.1 土体振动问题求解

4.3.2 虚土桩第1个单元振动问题求解

4.3.3 虚土桩第i个单元振动问题求解

4.3.4 桩振动问题求解

4.4 桩土振动特性分析

4.4.1 桩侧土粘性阻尼的影响

4.4.2 桩端土性质的影响

4.5 两种模型计算结果对比

4.6 本章小结

第5章 虚土桩模型下单桩沉降计算

5.1 引言

5.2 基本假设及定解问题

5.2.1 计算简图和假设条件

5.2.2 桩土耦合振动基本方程

5.2.3 桩土系统的边界条件

5.3 定解问题求解

5.3.1 虚土桩振动问题求解

5.3.2 实体桩振动问题求解

5.4 桩土沉降特性分析

5.4.1 桩侧土粘性阻尼的影响

5.4.2 桩周土波速不同时扩散角对沉降的影响

5.4 工程运用

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 本文的主要成果

6.2 进一步研究的展望

参考文献

作者简历