完整桩瞬态纵向振动的模拟计算

提出完整桩受瞬态激振力作用下纵向振动的模型,并用有限差分法计算桩的瞬态纵向振动.理论计算响应与工程桩的反射波法动测结果有较好的相关性.桩身各点纵向振动时程由空间曲面网线图表示,用该图非常直观地研究了桩中应力波的传播过程.文章对桩基低应变动力检测具有理论和实用意义.     

完整桩瞬态纵向振动的参数影响分析

基于完整桩瞬态纵向振动模型的数值分析,表明土参数、桩参数和激振力参数都对桩的动力响应发生影响.对未入土的桩,桩顶振速曲线上反射与入射幅值比为2;对土中的桩,若桩周土剪切模量、桩长、激振力作用时间增加,或桩径和桩弹性模量减小,都使得这个比值减小;当桩底土剪切模量与桩弹性模量之比小于0.01时,桩底反射与入射同相位,当这个比大于0.1时,桩底反射与入射反相位.     

变截面桩扭转振动与纵向振动桩顶响应对比研究

利用拉普拉斯变换,对严格考虑桩土扭转耦合振动条件下,桩顶受到任意激振扭矩作用的弹性支承桩桩顶频域及时域响应进行解析求解,推导求得了桩顶速度频域响应的解析表达式和半正弦脉冲激励作用下的桩顶速度时域响应半解析解;将本文所得严格解与纵向振动严格解的桩顶速度频域和时域理论解进行对比研究,得到若干重要结论.研究成果为桩基检测中纵向振动测桩的不足给以补充.     

端承桩与土纵向耦合振动时桩顶响应解析研究

通过建立和求解定解问题,对粘弹性土层中端承桩与土的耦合振动问题进行了解析理论研究.求解中利用拉普拉斯变换,对在严格考虑桩土纵向耦合振动条件下的、在任意激振力作用下的端承桩桩顶频域及时域响应进行了解析求解.推导求得了桩顶位移、速度频域响应、桩顶复阻抗的解析表达和桩顶时域响应半解析表达,并通过土层参数影响分析,探讨了桩顶复阻抗的变化特性,并得到相应结论.     

大直径桩在三维黏弹性土体中瞬态振动数值计算

为了更加深入地进行桩基低应变数值模拟计算,文章将桩土均视为黏弹性体,建立了三维条件下桩-土系统瞬态振动计算模型;利用交错网格有限差分法求解三维黏弹性波动方程,引入吸收边界,得到了完整桩在瞬态竖向激振力作用下的动力响应;通过对比不同黏弹性参数作用时三维(3D)条件下桩顶振动速度响应,对桩土黏弹性参数进行了分析;对桩顶不同拾振位置曲线进行模拟,求得了黏弹性条件下大直径桩的最佳拾振位置,直观地反映了波在桩中的传播特点,对工程实践具有一定的指导意义。     

均匀土中非完整桩瞬态纵向动力响应研究

为研究桩土参数对非完整桩低应变时域速度曲线和速度振幅谱曲线的影响,根据桩土系统波动理论,建立了桩-土系统瞬态振动的计算模型;得到了基桩在纵向激振力作用下的瞬态动力响应,将计算结果与基桩低应变完整性检测实测数据进行对比分析,验证了该数值模拟的可靠性和可行性;研究了桩长、桩周土、桩底土等因素对时域速度曲线和速度振幅谱曲线的影响。结果表明:桩土参数对时域速度曲线和速度振幅谱曲线都有影响,桩侧土剪切波速增大,桩底反射越弱。     

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。     

模型桩多波检测的对比研究

文章给出了瞬态激振力下完整桩与浅部缺陷桩的纵波、扭转波及横波实测的桩顶速度响应与数值模拟结果;分析多波检测曲线的特征,结果表明扭转波和纵波桩底反射波相位特征一致,但横波桩底反射波会同时出现同相位和反相位;根据纵波、扭转波及横波在桩土系统传播的定解问题,利用有限差分方法分别求解了3种波的桩顶速度响应,计算结果表明扭转波对浅部缺陷反射更为敏感,但是横波测试的横向尺寸效应受激振力作用时间和桩径比(桩长与桩身直径的比值)的影响要比纵波和扭转波明显。     

基于AMESim的振动沉桩系统的动力学仿真分析

通过AMESim软件建立了桩-土系统的动力学数值仿真模型,研究了振动沉桩过程中激振力频率和土质条件对桩-土系统的振动摩擦特性的影响.对比不同参数下沉桩位移、桩端阻力和桩侧摩擦力的变化曲线,得出激振力频率以及土质条件对沉桩效果的影响规律:激振频率越高,沉桩振幅越小;土的黏聚力越大,沉桩阻力初始值越大;土容重越大,沉桩阻力变化速率越快.从而获得摩擦力较小的激振频率区间,以提高土木建筑施工中桩-土系统的工作效率.     

基桩低应变检测三维问题的数值计算

为更好地服务于基桩低应变测试,文章建立了三维条件下桩土系统瞬态振动计算模型.利用交错网格有限差分法求解三维弹性波动方程,得出了完整桩在瞬态竖向激振力作用下的动力响应,给出了桩顶不同位置的速度时程图,比较分析了一维(1-D)、三维(3-D)条件速度响应的差别,直观地反映了波在桩中的传播特点,对工程实践具有指导意义.     

基桩完整性检测的多点检测系统

低应变反射波法在基桩完整性检测中占主导地位，但目前的检测方法还存在一些问题，如桩头附近存在测试盲区；桩深部的缺陷较难识别；还存在桩的二维或三维效应等。这些问题仅靠目前的单点检测系统来解决是很困难的。提出了一种多点检测系统，即多点拾振、多点激励，应用以多次覆盖原理为中心的数据处理方法，有效地抑制了干扰，提高了信噪比和测试精度。该系统还可推广到结构的完整性检测。     

反射波法测桩的波形分析

以一维波动方程和反射波理论为理论基础的反射波法基桩动测，经过多年的工程桩测试和多根桩的验证对比，总结和分析了完整桩的波形模式与各类缺陷桩的波形特征和评判标志，并且编制了模拟计算程序，从而加深了桩身质量分析，提高了动测效果。     

管桩低应变检测中的三维效应分析

建立了三维柱坐标下桩土系统瞬态振动的计算模型,根据弹性动力学方程、边界条件和初始条件,确立了定解问题.利用交错网格有限差分法编制了相应计算程序,得出该定解问题的数值解,探讨了完整桩在竖向激振力作用下的瞬态动力响应,给出了桩顶不同位置的速度时程灰度图,并比较了桩顶与桩底各点竖向速度时程曲线的差别.基于管桩的低应变完整性测试数据,验证了该数值算法的可靠性及其反映波在管桩中传播的三维效应的可行性.在实际检测过程中,特别是在三维波动方程无法求得解析解的条件下,该数值计算结果具有一定的指导意义.     

饱和土中变截面大直径桩纵向振动理论解和数值解对比分析

基于饱和多孔介质理论,对饱和土中变截面大直径桩的纵向振动特性进行研究。首先根据饱和土动力控制方程,得出大直径桩侧土体复刚度,桩底采用黏弹性支承,再将桩身按变截面分段,采用能考虑横向惯性效应的Rayleigh-Love杆模型建立大直径桩的动力方程。结合初始条件、边界条件和连续条件,利用阻抗递推法求解变截面大直径桩-土动力方程耦合方程得出桩顶频域解析解,通过卷积定理和逆傅里叶变换得出桩顶速度时域半解析解。然后利用ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,将数值解和理论解在桩身存在软硬夹层、变截面以及变截面段桩的长度和位置变化等情况进行了对比分析,利用数值计算解验证了理论计算模型的正确性。     

非完整桩扭转振动问题的数值计算

文章提出了非完整桩在瞬态激振力矩作用下扭转振动的数值计算模型,并用有限差分法计算了非完整桩的扭转振动,得到了各种典型缺陷桩对应的理论曲线。定量计算结果表明,桩周土的性质是影响扭转波衰减的一个重要因素;桩周土越软,扭转波衰减越慢,缺陷反射和桩底反射越明显,此时利用扭转波进行基桩完整性检测更有效。     

循环荷载下筋箍碎石桩复合地基动力特性数值分析

过7组三维有限差分数值模拟试验,研究了循环荷载作用下筋箍碎石桩复合地基的动力特性,着重分析了4个重要参数对其性能的影响,并将数值计算结果与室内模型试验结果进行了对比分析,验证了数值计算结果的合理性. 结果表明,在循环荷载作用下,筋箍碎石桩复合地基的应力和沉降变化具有明显的动力特性. 相同循环加载条件下,增大碎石密度可有效提高碎石桩的承载力. 筋材使碎石桩的力学性能得到了改善,不同长度的加筋会对碎石桩产生明显不同的效果,在一定范围内增加碎石桩的加筋长度可以有效提高碎石桩的承载力. 筋材对复合地基顶部的累积沉降和应力集中率有显著影响. 筋材能提高碎石桩的整体性,加筋长度越长的碎石桩的振动协调性越好. 桩径对筋箍碎石桩复合地基顶部累积沉降的影响比较明显,碎石桩的最佳L/d值为8/3. 数值计算结果与室内模型试验结果拟合较好,沉降值最大相差7%,桩侧应力值最大相差9%.     

基桩低应变反射波法典型时域信号识别技术研究

结合基桩完整性PIT现场对比试验,对低应变反射波法现场测试和室内分析出现的典型疑难检测信号进行了分析研究.结果表明,传感器粘贴好坏、盲区内浅部缺陷的存在及深度变化、长桩段扩颈桩的存在、桩周土层软硬夹层的组合特性及嵌岩桩桩底岩土特性变化等在低应变反射波法检测曲线上均具有典型的反射信号,正确认识这些反射信号的特征,可以保证低应变反射波法具有较好的基桩完整性检测效果.     

浅层严重缺陷桩的识别

总结出基桩结构完整性检测中经常遇到的两种浅层严重缺陷桩信号的特征,提出了浅层严重缺陷桩的力学模型,以及判断浅层严整缺陷桩缺陷位置和程度的方法.对于波浪型的低频振荡信号用单自由度振动理论判断桩身结构完整性,对多阶高频大幅值振荡信号要分别用振动理论和波动理论判断基桩的缺陷性质和缺陷位置.实例证明了所提出的方法的正确性,该方法具有较强的工程实用性.