瑞利波作用下桩土相互作用横向动力响应计算研究

将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到瑞利波作用下桩土横向动力响应分析中,得到了单桩横向动力响应的计算公式.在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩横向响应的影响.结果显示,泊松比的变化对单桩水平动力响应有影响,桩土刚度比对单桩水平动力响应有较大影响,而桩长对桩底自由的单桩动力响应基本无影响.而且单桩水平动力响应随着频率的增大而减小.     

隧道开挖对临近不同相对刚度比桩基影响研究

为了系统研究桩土的相对刚柔性对隧道开挖引起的邻近桩基附加位移和附加内力的影响规律,本文采用三维数值分析方法,通过变换桩基弹性模量、半径和桩长而获得不同桩土相对刚度比,对比分析了隧道开挖时不同桩土刚度比的桩基附加位移和内力的变化规律。结果表明:在桩长一定的情况下,桩土刚度比越大,隧道开挖对桩基产生的附加内力越大,附加位移越小,尤其是桩基的竖向附加沉降量随桩土刚度比的减小而急剧增大;在弹性模量和桩径一定的情况下,桩土刚度比越大,桩基产生的附加内力越小,位移越大。因此,隧道开挖时需对不同刚柔性桩基加以区别保护,研究成果可为隧道施工和设计提供参考。     

考虑竖向荷载的Timoshenko模型桩水平振动响应解析解

考虑饱和土应力和位移沿深度的变化,将桩基等效为Timoshenko模型,对饱和土中竖向荷载作用下的端承桩水平振动响应进行了理论研究。基于Biot动力固结理论,通过引入势函数解耦土体方程。利用Laplace变换和分离变量法求得桩周土体频域响应解析解。考虑桩基的剪切变形和转动惯性效应,结合桩土接触连续性条件,得到桩体位移和桩顶动力复阻抗频域解析解。通过数值算例,比较了竖向荷载作用下Euler-Bernoulli模型与Timoshenko模型桩顶振动特性;并研究了长径比和竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响。结果表明:采用Euler-Bernoulli模型计算桩顶动力复阻抗偏于危险;长径比增大到临界值后,长径比对桩顶动力复阻抗影响较小;竖向荷载导致桩顶动力复阻抗突然降低,对桩基承载能力有不可忽视的影响。     

冲刷对海上风力机单桩基础水平承载特性的影响

大直径单桩是用于海上风力机的一种典型基础形式.波浪与海流引起的桩基冲刷会削弱桩基的承载能力而危及结构安全.本文建立了模拟桩基与土体相互作用的三维有限元数值模型,并用试验结果对模型进行了验证.基于数值计算结果获得了一系列典型砂土及桩基参数下的桩土相互作用p-y曲线,拟合得到适用于砂土的大直径单桩基础p-y曲线参数化表达式.冲刷所致的桩基埋深变化可导致桩基变形向刚性桩模式转变.数值分析结果表明,刚性桩变形模式下桩基底面和桩基侧壁切向的土阻力对桩基承载力产生重要影响,而目前仅考虑桩土间水平作用力的p-y曲线法所预测的桩基变形偏大.对于距冲刷后泥面同一深度处的土体,p-y曲线的斜率随着局部冲刷深度的增加而逐渐增大,变化规律与基于离心机实验结果一致.随着冲刷坡角的减小,局部冲刷坑周围土体对桩基的约束逐渐弱化,p-y曲线修正方法中参数f的取值也逐渐减小.     

耦合质量对饱和黏弹性土中桩纵向振动的影响分析

基于Biot理论,在频率域内研究了考虑质量耦合效应的饱和黏弹性土中桩的纵向耦合振动特性.采用Novak薄层法得到了饱和黏弹性土的位移、应力等的解析表达式.将桩视为Euler-Bernoulli杆,给出了饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的动力方程.根据桩土连续性条件,得到了桩顶的复刚度表达式.与Novak解进行了对比,并考察了饱和土和桩各参数对桩顶动态刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明:耦合质量项对桩顶复刚度有较大影响;桩土模量比对桩纵向振动特性的影响与桩长径比的取值有关.     

地震作用下大直径嵌岩单桩动力响应数值分析

以大直径嵌岩单桩为研究对象，对地震荷载作用时桩、土、岩的变形规律及桩基刚度进行分析，在有限元-无限元耦合数值模拟中引入土体非线性黏弹性本构模型与岩体损伤本构模型来描述桩周土、岩介质刚度随应变衰减的特性。数值模拟结果表明，大直径嵌岩单桩位移、加速度等动力响应，土体非线性滞回特性以及岩石损伤程度等显著受到桩基嵌岩深度、岩石风化程度和地震烈度等因素的影响，在设计时应深入分析。     

不均匀饱和土中变波阻抗桩的纵向振动特性

为揭示饱和土中桩的纵向振动特性,文章建立了不均匀饱和土中变波阻抗桩的纵向振动模型。利用Laplace变换,得到了土层平面应变模型下对桩身的动力阻抗,并求得了桩身任意段的动力响应;利用传递矩阵,给出了桩顶复刚度的解析表达式;阐明了单相土模型的不足,并分析了桩身缺陷及饱和土渗透性对桩动力特性的影响。结果表明:采用单相土模型会低估桩顶低频段的动刚度,对动阻尼影响较小,一定程度上说明了土体模型对分析桩动力特性的重要性;桩身存在缺陷会使桩顶的动刚度明显减小,动阻尼增大;饱和土渗透性变差会有效增大缺陷桩的动刚度,减小桩的共振频率,并减缓动阻尼随频率变化的增长速率。     

Timoshenko模型桩水平振动的动力刚度

基于桩-土相互作用的连续介质模型,利用桩的水平振动土阻抗结果,将桩等效为Timoshenko梁,研究线性黏弹性土层中Timoshenko模型端承桩水平振动的动力特性,给出频率域内桩头动力刚度的半解析解,得到动力刚度随频率的变化曲线.在此基础上研究物性和几何参数对刚度的影响,并与Euler-Bernoulli模型桩的结果进行比较.研究结果表明,端承桩水平振动的动态刚度受桩长细比、土软硬程度、水平激振频率等的影响,这些结果可以为工程设计提供参考.     

单桩轴向刚度的非线性分析

通过采用非线性荷载传递函数模拟桩土之间的非线性共同作用,提出了单桩轴向刚度的非线性分析方法;讨论了桩长、桩直径、桩身材料弹性模量以及不同传递函数类型等因素对桩刚度的影响;并把计算值与实测值进行了比较,结果比较一致。     

超长单桩竖向承载力影响因素有限元分析

为了解超长单桩基础的承载性状,利用大型有限元分析软件ANSYS,对超长单桩的承载性状进行参数仿真分析。详细分析桩长、桩径、桩身弹性模量和土变形模量对超长桩基础的荷载-位移曲线的影响规律。研究得出:超长桩的长径比不应超过80,桩身弹性模量和土体变形模量的增加都会提高超长单桩的竖向承载力。     

基于连续介质力学模型的部分埋入单桩的纵向振动研究

采用连续介质力学模型,考虑桩-土之间的连续条件和边界条件,得到了土体的纵向振动位移,建立了埋入和外露部分桩基的纵向振动微分方程.考虑埋入和外露部分桩基的连续条件和边界条件,求解了部分埋入单桩的纵向振动,并以数值算例的形式讨论了桩基埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度的影响.通过参数分析和讨论,表明部分埋入桩纵向简谐振动存在共振现象,桩基的埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度有较大影响,且桩基外露部分越长,桩顶复刚度随频率变化曲线波动越厉害.     

局部冲坑对导管架刚度影响的模型试验

采用缩尺4桩导管架风机模型试验研究冲坑对导管架刚度的影响。通过控制导管架基桩冲坑出现顺序及不同冲坑深度模拟冲刷过程,研究静力荷载作用下局部冲坑对导管架基础刚度、内力分配规律的影响以及冲坑分布、冲坑深度、冲坑出现顺序、冲坑坡度对导管架共振频率的影响。结果表明:荷载较小时,15D(D为桩径)深度以内的局部冲坑对导管架静刚度的影响较小,但冲坑对静刚度的影响随荷载增加而逐渐增大;当冲坑深度大于1D时,导管架共振频率开始出现下降趋势,此时任意基桩再出现更深冲坑都会引起共振频率的较大下降;当局部冲坑深度分别为15D和2D时,风机共振频率分别下降约32%和63%;当冲坑形状为圆锥形时,保持局部冲坑深度不变,改变冲坑坡度对导管架风机共振频率影响较小。     

非均质土层中单桩水平动力阻抗计算及影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理．基于改进的Winkler地基梁模型,考虑了地基土的成层非均质性和桩土界面的相对分离效应以及桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型．通过数值计算将得到的单桩水平动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的计算和试验结果进行了对比．验证了计算方法的合理性,进而通过变动参数计算得到了桩周弱化土域、桩土界面接触状态、桩身长细比和桩土刚度比等对单桩水平动力阻抗函数的影响规律。     

桩承土工格栅加筋垫层复合地基力学变形特性三维数值分析

桩承土工格栅加筋垫层复合地基作用机理复杂,设计计算主要以经验为主,给设计与施工带来盲目性。采用有限元分析软件Ansys,建立群桩三维模型,对其力学变形特性进行了分析,结合工程实例,将数值模拟结果与现场监测结果进行比较分析,两者较为吻合。结果表明：桩与桩端土均具有最优弹性模量;桩土最大应力比在桩顶下某一深度,桩身最大轴向应力在桩顶下中性点,由于应力集中,在桩端处两者均突然减小;桩端土刚度在离桩底某一深度范围对桩土应力比产生影响;加筋垫层刚度仅在其下某一深度范围内对桩间土应力产生影响,刚度较小时对应力比的调节作用更明显;加筋垫层尺寸对桩身轴向应力和桩侧摩阻力都产生显著影响,桩顶下0.3倍桩长处最显著。     

复合地基复合模量的理论修正

复合模量是计算复合地基沉降的关键指标,目前主要采用面积加权公式计算复合模量,实践证明沉降计算值与实测值有较大误差·在考虑桩长、桩端土性质对复合模量的影响后,利用复合地基桩体的承载机理对复合模量面积比公式进行修正·通过与实际工程进行对比,利用修正后的公式计算的沉降值比利用面积比公式计算更接近实测值·分析表明复合模量随着桩长的增加呈线性增长,桩土模量比越小,变化幅度越大·同样,随着桩端土刚性的增长复合模量也逐渐增大,但桩土模量比越大,变化幅度越大·因此应把桩土模量比作为复合地基类别的判据·     

基于动力相互作用因子的饱和土中群管桩的纵向振动研究

利用动力Winkler弹簧-阻尼器,模拟桩周饱和土和桩芯饱和土与管桩的动力相互作用.在忽略饱和土径向位移和环向位移的情况下,将桩周饱和土视为由无穷多带一圆孔的薄土层组成,而桩芯饱和土视为由无穷多有界的圆形薄土层组成,运用数学物理手段求得了动力Winkler弹簧-阻尼器模型的刚度系数和阻尼系数.运用初始参数法和传递矩阵法,求得了饱和土中主动管桩和被动管桩的纵向位移,得到了饱和土中管桩-管桩纵向动力相互作用因子.基于管桩-管桩纵向动力相互作用因子和群桩叠加原理,得到了饱和土中群管桩的纵向动力阻抗.数值分析表明:桩间距越大,群管桩纵向动力阻抗随频率变化曲线波动越厉害;管桩内半径和管桩长径比越大,管桩纵向动力阻抗随频率变化曲线幅值越大,而桩土模量比越大则越小;桩间距对群管桩动刚度的影响最大,其次是管桩长径比,最小的是桩土模量比.     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。     

高填方路堤段桩网复合地基承载机理及桩土应力比计算方法

针对高填方段软土路基在路堤荷载下桩网复合地基的受力特点,分析了其自上而下的荷载传递机理.首先,将路堤简化为内外土柱,通过内外土柱的整体微分平衡关系,得到了等沉面高度的理论计算式,由此较为合理地模拟了高填方段的土拱效应.而后,针对荷载传递至土工垫层阶段,采用薄膜模拟了桩土之间的荷载分配关系.在此基础上,将桩网复合地基划分为众多土工格栅、桩及桩间土单元体,桩体及桩间土简化为弹性支撑,进一步得到了高填方段桩网复合地基桩土应力比计算式.最后,对影响高填方段桩网复合地基桩土应力比的各主要影响参数进行了初步研究.结果表明,桩土应力比随路堤高度增大逐渐减小,即填土高度增加后桩土荷载分配趋于均匀,而桩间距、填土的压缩模量的增大将导致桩土应力比增加.此外,土工格栅抗拉强度的增大将加大桩土应力比值,但影响幅度较小.     

桩径和桩距对搅拌桩复合地基影响的研究(英文)

以水泥土搅拌桩复合地基静载荷试验为原型,采用FLAC3D计算不同桩径和桩距复合地基的承载力和桩土应力,得到了改变桩径和桩距对承载力、复合地基沉降以及桩土应力比的影响,对改变桩径和桩距两种方案进行比较,为水泥土搅拌桩复合地基的设计提供了参考.     

桩-土体系相互作用有限元分析

介绍了桩土相互作用的一般分析方法和有限元分析桩土相互作用的方法,就桩土相互作用中荷载传递的几个影响因素进行了模拟试验,得出了桩端土与桩周土的刚度比Eb／Es、桩的长径比L／d、桩端扩径比D／d等3个参数的变化对桩土相互作用荷载传递的影响。