双向非均质土中大直径管桩纵向振动动力阻抗解析模型与解答

摘要

为分析双向非均质土中大直径管桩纵向振动特性,基于Rayleigh-Love杆件模型和Novak平面应变理论,综合考虑大直径管桩桩体横向惯性效应以及桩侧土体施工扰动效应的影响,建立径向非均质、纵向成层土中大直径管桩纵向振动力学模型。通过Laplace变换和复刚度传递法,求解出土体与大直径管桩接触面处的复刚度表达式,进而采用桩–土完全耦合条件和阻抗函数传递性,推导得出简化模型对应的桩顶动力阻抗解析解答,并与已有相关解析解进行退化对比分析,以验证其合理性。在此基础上,进一步参数化分析桩土各类参数对大直径管桩动力阻抗的影响规律。结果表明:(1)Euler-Bernoulli杆模型低估了阻抗曲线振幅和共振频率,宜采用Rayleigh-Love杆件模型和所得相关解析解答分析大直径管桩纵向振动特性。(2)大直径管桩桩体内(外)径不变情况下,外(内)径越大(小),桩顶动力阻抗曲线振荡幅值和共振频率越高。(3)桩侧土体纵向夹层越软(硬),其动力阻抗曲线大小峰值差幅度越大。(4)桩侧土径向软(硬)化程度越大,桩顶动力阻抗振幅和共振频率越大(小)。扰动范围仅对动力阻抗振幅影响显著,而对共振频率的影响基本可以忽略。