大矩形截面桩动力测试的理论研究与应用

摘要

桩基础作为一种有效的基础形式而被广泛地应用于工程实践中。大矩形截面桩由于桩身截面较圆形桩存在很大差异,应力波在桩身传播有其自身的特点。本文建立三维桩土模型,通过对三维弹性波动方程进行差分离散,并在计算模型界面处引入Higdon吸收边界条件,计算得到了桩在瞬态纵向激振力作用下的三维弹性波动方程的定解问题。
　　通过对MATLBA语言编制的程序进行数值计算,得到了大矩形截面桩中应力波在三维桩土系统中的传播特点。由于受到桩土界面和桩身边角的影响,应力波在矩形截面桩中传播受到的干扰明显多于圆形截面桩,为了最大限度地减少波场干扰,本文提出了正方形截面桩和长方形截面桩在低应变检测中的最佳拾振范围,为实际检测工作提供了理论参考。同时,分析了激振力参数对动力测试的影响,各种缺陷桩和扩径桩中动力测试的数值模拟响应的特点;并着重分析了非对称缺陷桩在动力测试过程中,不同深度缺陷的数值模拟响应中缺陷反射的变化特点。
　　为了提高桩基低应变数值模拟的计算效率,本文在传统差分方法的基础上,将变步长交错网格有限差分法引入到三维桩土模型的数值计算中。由于该方法自身可变化的差分网格,在保证计算精度的同时,使得计算过程更加灵活简便,降低了内存需求量,减少了计算时间,取得了良好的应用效果。
　　对工程桩进行模拟计算,并将数值计算结果和实测曲线进行对比,验证了理论结果的正确性。

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第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 国内外研究背景

1.3 本文主要工作

第二章 大矩形截面桩三维问题的理论基础

2.1 弹性力学基本假定

2.2 大矩形截面桩的三维桩土模型

2.3 三维直角坐标系下的弹性动力学基本方程

2.4 定解条件

2.5 桩土交界处参数处理

2.6 吸收边界条件

第三章 定解问题的差分离散

3.1 三维模型的网格划分

3.2 波动方程的差分离散

3.3 定解问题的差分离散

3.4 稳定性条件

第四章 大矩形截面桩的数值计算分析

4.1 完整桩中波的传播特点

4.2 最佳拾振点位置分析

4.3 激振力参数对低应变测试的影响

4.4 缺陷桩的数值计算分析

4.5工程桩的计算对比

第五章 变步长交错网格有限差分法

5.1 理论公式推导

5.2 波动方程的差分离散

5.3 计算分析

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况