分数导数黏弹性模型描述的土中单管桩的水平振动

将土体视为黏弹性介质,采用分数阶本构方程描述黏弹性土应力-应变关系,建立并求解了在轴对称坐标下单桩桩周-桩芯土水平振动控制方程,得到分数阶黏弹性土体单桩水平动力阻抗的解析解形式.通过数值算例分析了桩土常数和模型参数对单桩水平动力阻抗的影响.结果表明:桩周土的分数微分算子阶数对单桩水平动力阻抗影响较大;桩芯土和桩周土的本构模型常数会对水平动力阻抗刚度因子产生明显影响,而对阻抗因子的影响相对较小.     

积分型黏弹性土中球形空腔的稳态振动分析

在球对称情况下,利用积分型黏弹性本构关系建立了土体的振动微分方程。采用积分型分数阶Kelvin黏弹性本构关系描述土体的应力应变关系,借助Fourier变换和势函数求解了积分型分数阶黏弹性土中球形空腔的稳态振动,考虑边界条件得到了球形空腔的径向位移和应力。研究结果表明:分数导数的阶数、无量纲化的土体阻尼比和土体的模量比,对积分型分数阶黏弹性本构关系描述的土中球形空腔的稳态振动有较大的影响,分数导数的阶数和土体的模量比对球形空腔稳态振动的影响与频率有关。     

基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平动力阻抗

利用Winkler弹簧-阻尼器来描述桩土之间的动力相互作用,得到了分数导数黏弹性(FDV)模型描述的土体的刚度系数和阻尼系数.利用传递矩阵法并考虑埋入部分和外露部分桩基的连续性条件,求解了基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平振动,得到了桩顶的水平动力阻抗.研究了分数导数的阶数、外露部分桩长和土体本构模型参数对桩水平振动的影响.研究表明:分数导数的阶数和本构模型参数对部分埋入桩的水平动刚度有一定的影响,而对其等效阻尼的影响很小;外露部分桩长对水平动力阻抗的影响较大.     

成层土中管桩的扭转振动特性研究

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土体系的扭转耦合振动,研究了成层黏弹性地基中管桩的扭转振动问题.首先,采用分离变量法求解得到土体扭转振动位移形式解;然后利用阻抗函数传递方法,求解得到了成层地基中桩顶阻抗函数的解析解;最后通过数值算例分析了桩周土与桩芯土的物理力学参数、管桩壁厚以及桩端阻抗函数对管桩桩顶复刚度的影响.分析结果表明,在动力基础设计所关注的低频段,桩周土的剪切模量和黏性阻尼系数对桩顶复动刚度的影响要远大于桩芯土;桩端位移阻抗函数的选取对桩顶复刚度有明显的影响.     

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。     

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.     

软弱路基土体三轴蠕变试验及蠕变模型研究

采用相同面积置换率的微小砂桩模拟地基处理效果,对地基处理后路基土进行三轴蠕变试验。依据路基土三轴蠕变试验,提出一个基于双曲线函数核的黏塑性元件模型,描述路基土的非线性黏塑性蠕变特征。与Burges元件模型串联建立非线性黏弹塑性蠕变本构模型,将模型扩展到三维状态并确定模型参数。研究结果表明:应力水平是影响地基土蠕变变形的主要因素,应力水平S=0.6为路基土体线性黏弹性蠕变和非线性黏弹塑性蠕变的临界值,当S<0.6时,路基土体土表现出线性黏弹性蠕变特征;当S>0.6时,表现出非线性黏弹塑性蠕变特征。     

部分外露摩擦管桩的扭转振动研究

将管桩下面土体视为虚土管桩,管桩与桩周土和桩芯土的扭转动力相互作用等效为动力扭转Winkler弹簧-阻尼器,建立了部分外露摩擦管桩的扭转振动模型.考虑土层边界条件,通过求解Bessel方程得到了桩周土和桩芯土对管桩的扭转作用,得到了动力扭转Winkler弹簧-阻尼器的刚度系数和阻尼系数.考虑虚土管桩、埋入部分管桩和外露部分管桩的连续性边界条件,运用初始参数法和传递矩阵法得到了部分外露摩擦管桩桩顶的扭转复刚度.通过数值算例分析和讨论了管桩几何参数、物理参数和土体物理参数对部分外露摩擦管桩扭转复刚度的影响.研究结果表明:管桩下面土层厚度对部分外露摩擦管桩扭转复刚度的影响较小,当埋入部分管桩的长度达到一定程度时,管桩底部约束条件对管桩扭转振动的影响很小;埋入部分管桩和外露部分管桩长度对部分外露摩擦管桩扭转振动的影响较大;部分外露摩擦管桩管壁过薄或桩芯土剪切模量较小时对管桩稳定不利;增大埋入部分管桩对应土层的剪切模量对提高部分外露摩擦管桩的稳定性有利.     

黏弹性阻尼器减震结构考虑SSI的参数分析

采用通用有限元软件ANSYS,针对某软土地基上土-基础-黏弹性阻尼器减震框架结构进行了三维有限元分析.计算中土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界采用黏弹性人工边界,研究了改变黏弹性阻尼器的阻尼系数、土体的软硬程度和基础形式等参数时,土-结构相互作用(简称SSI)对黏弹性阻尼器减震效果影响的变化规律.结果表明:随着黏弹性阻尼器阻尼系数的增大,土-结构相互作用对其减震效果的影响程度先增大后减小;黏弹性阻尼器的减震效果总体上随着土体的变硬而变好;设置黏弹性阻尼器的结构采用桩筏基础的减震效果优于采用箱型基础的.     

分数阶黏弹性模型在饱和软土与单桩相互作用中的应用

引入基于分数阶导数的Merchant模型,以描述饱和软土的黏弹性特征,并通过积分变换推导出变换域内的应力-应变关系;根据弹性-黏弹性对应原理,得到横观各向同性分数阶黏弹性饱和软土地基的解答,并将其作为地基边界元解的核函数;基于轴向受力的2节点桩单元的单元刚度矩阵,构建单桩的有限元解;将地基的边界元解和桩的有限元解进行耦合,以求解地基与单桩的相互作用问题;随后,设计算例验证本文理论的正确性,并对分数阶次对桩-土相互作用的影响进行分析。     

基于分数阶Kelvin黏弹性模型的固体推进剂药柱应力分析

利用黏弹性材料本构关系的Laplace变换与弹性材料的形式相似性,得到了分数阶Kelvin黏弹性模型弹性模量和泊松比的Laplace变换解.将固体推进剂药柱视为黏弹性介质,并利用分数阶Kelvin本构模型来描述其应力-应变关系.在推进剂药柱应力弹性解的基础上,运用弹性-黏弹性对应原理得到了分数阶Kelvin黏弹性模型描述的推进剂药柱在均布内压作用下内力的拉氏解,通过Laplace逆变换求得了其时域解.研究结果表明:推进剂药柱径向应力总是压应力,而环向应力总是拉应力,分数阶Kelvin黏弹性模型的解可以退化到经典Kelvin黏弹性模型的解,分数导数的阶数越大,应力的绝对值越大.     

基于多孔介质理论的径向非均质饱和土中管桩的扭转振动

运用多孔介质理论和多圈层法研究了径向非均质饱和土中单个管桩的扭转振动.考虑管桩桩周饱和土的非均质特性,将管桩桩周饱和土划分为扰动区域和未扰动区域,建立了径向非均质饱和土中单个管桩的扭转振动模型.基于Novak薄层法和多圈层法,利用数学物理方法求解了桩芯饱和土和桩周饱和土扰动区域、未扰动区域的扭转振动,并考虑土体边界条件和各圈层间的连续性条件建立了径向各圈层扭转剪切刚度的递推公式.考虑桩周饱和土和桩芯饱和土对管桩的动力作用,建立了管桩的扭转振动方程,得到了管桩桩顶的扭转复刚度.运用数值算例进行了对比分析和讨论.结果表明:研究饱和土中管桩扭转振动时需要考虑桩周饱和土的径向非均质性,高频时不应忽略液相的影响,在进行桩基设计时应重点关注管桩的几何尺寸.     

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.     

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.     

层状土中单个管桩的竖向振动特性

将桩周土和桩芯土模拟为连续分布的弹簧和阻尼器,通过求解土层的竖向振动得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数.在考虑土体分层特性的基础上运用传递矩阵法建立了管桩桩顶与桩底位移和轴力的关系,通过考虑桩端边界条件得到了层状土中单个管桩桩顶的竖向复刚度.借助数值算例研究了管桩壁厚、桩土模量比、桩芯土与桩芯土剪切模量比、土层厚度和剪切模量等参数对层状土中管桩竖向振动的影响.     

土塞对管桩纵向振动的影响研究及试验分析

为了探究径向非均质土中考虑土塞效应的管桩纵向振动规律。首先根据Novak薄层法和饱和多孔介质理论建立起径向非均质饱和土的振动方程,利用复刚度传递模型,得到管桩内外侧面土体复刚度。然后采用扩散虚土桩模型考虑桩对桩端土的应力扩散效应。根据虚土桩和管桩边界条件、初始条件和连续条件进行管桩—土振动模型求解,得到半正弦脉冲激振力下桩顶动力响应的理论解。分别探讨了土塞水的体积分数、剪切波速及高度对管桩动力响应的影响。最后采用室内管桩模型试验验证理论计算模型。结果表明:土塞剪切波速及土塞高度对管桩桩顶动力响应的影响不可忽略。由于土塞的存在,桩顶时域曲线在桩底同向反射之前有一个反向反射,反向反射的位置和土塞高度有关。进一步完善了饱和土中开口管桩的振动理论。     

轴向运动三参数黏弹性梁的分岔与混沌

研究了轴向运动黏弹性梁在参数激励下的非线性动力学行为.采用牛顿第二定律推导了轴向运动梁的积分-偏微分控制方程,采用三参数模型本构关系描述了运动梁的黏性特征.运用四阶Galerkin截断方法将控制方程离散为常微分方程组,并采用四阶Runge-Kutta法对常微分方程组求解,得到了运动梁上各点的时间响应历程,进而分析了运动梁的分岔与混沌特征.通过时间历程图以及频谱分析图、相图、庞加莱映射图,呈现了系统的混沌现象.着重考察了三参数黏弹性对系统非线性动力学行为的影响.结果发现,轴向运动梁的非线性振动对黏弹性各个参数都很敏感.     

分数导数三参数标准固体黏弹性材料的耗散性能

对分数导数三参数黏弹固体性材料的耗散性能进行了研究.基于黏弹性理论和分数阶导数理论,建立了分数导数黏弹性三参数标准固体模型,得到了分数导数黏弹性三参数固体模型的复柔量,并在此基础上得到了其耗损比和内摩擦角,以数值算例的形式分析了耗损比和内摩擦角随频率的变化规律.结果表明:在低频下的材料接近弹性材料;相反,在高频下,在每个周期有一个微小的耗散,并且趋近于一个有限值.频率越高,三参数固体的内耗频谱峰值所对应的横坐标值越接近1.     

横观各向同性土中大直径桩的纵向振动分析

桩-土动力特性研究一直是桩基工程领域的重要问题,针对受纵向振动荷载下的横观各向同性土中大直径桩动力特性进行研究。基于横观各向同性材料本构方程,忽略土体径向位移建立轴对称条件下土体的动力平衡方程,结合边界条件求解方程,得到土体的位移和剪切力表达式。根据Rayleigh-Love杆模型建立大直径桩的纵向振动平衡方程,结合边界条件求解得到大直径桩在横观各向同性土中纵向振动的解析解,随后分析了桩土参数对土体、桩顶动力响应的影响。将理论解进行退化分析以及将理论解与数值模拟解进行对比进而验证了该理论解的正确性。     

分数导数黏弹性标准线性固体半无限长杆中纵波的传播

在半无限黏弹性长杆中,波在传播过程中波阵面强度会降低,其强度的衰减与黏弹性材料的性质有关.为了分析波在黏弹性杆件传播过程中波速和衰减因子的变化情况,基于分数阶导数理论,分析了黏弹性标准固体模型相关参数对波速和衰减因子的影响,所建模型能够较好地描述出纵波在传播过程中波的相速度和衰减因子的变化.在黏弹性标准固体模型复柔量的基础上,分析了分数导数黏弹性微分算子的阶数、角频率与延迟时间数对波相速度和衰减因子的影响.结果表明:随着延迟时间值的增大,纵波在黏弹性线性标准固体半无限长杆中的传播相速度不断地增大,而衰减因子不断减小;随着分数导数微分算子的增大,纵波传播相速度和衰减因子呈现出先增大后减小的趋势.