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.     

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。     

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.     

PHC管桩水平承载性状分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS对深厚软土地基中预应力高强混凝土(PHC)管桩在水平荷载作用下的受力性能进行了数值模拟.桩土体系采用三维模型,桩身混凝土采用弥散开裂模型,管桩内钢筋采用理想弹塑性模型,桩周土体采用Mohr-Coulomb本构模型.桩土界面利用基于库伦摩擦模型的点面接触形式.桩中混凝土和桩周土体采用三维减缩积分一阶单元C3D8R,钢筋采用三维三节点杆单元T3D3.有限元分析结果与实测曲线比较接近,且基于库伦摩擦本构模型的点面接触形式可以很好地模拟在水平荷载作用下桩土的共同作用.利用经试验验证的有限元模型对不同型号PHC管桩的水平承载性能进行了分析,揭示了PHC管桩的水平荷载传递机理.     

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.     

短峰波作用下饱和海床中的单桩响应分析

采用准静态三维数值分析方法直接模拟短峰波作用于海床表面与桩身的三维波压力分布,在考虑了海床土体的流固耦合和桩土界面的接触特征的基础上,研究了短峰波荷载作用下饱和砂质海床中的单桩响应问题.根据数值分析结果,研究了波浪荷载作用下土体的孔压变化规律、桩柱的位移和弯矩分布情况,探讨了桩土接触面不同处理方式的影响,并与自由海床和完全埋置单桩的模型结果进行比较.结果表明:泥线附近与桩端处土体的响应局部现象明显;采用桩土耦合模型时,孔压与弯矩响应相比于接触面模型有放大效应,而位移响应则正好相反.完全埋置桩在波浪作用下的响应主要受海床影响,在桩柱伸出海面的模型中,波浪荷载在桩柱上的影响起主导作用.     

现浇X形桩低应变瞬态动测响应三维有限元分析

建立现浇X形桩(XCC桩)低应变检测的三维有限元模型,对XCC桩的低应变瞬态动测响应进行模拟。得出桩顶不同位置的速度时域和频域响应结果,对比桩顶不同点的速度响应曲线,分析桩顶高频波传播特性,研究脉冲宽度、外包圆直径及桩身弹性模量对入射波波峰到达时间和入射波波峰值的影响。研究结果表明:XCC桩低应变瞬态动测时桩顶速度响应存在三维效应,沿尖角方向不同点的入射波峰到达时间差别明显。在接近桩心区域入射波峰值较大,且入射波之后存在反相波峰,这一现象在r0.4R(其中,r为测点与桩心距离,R为外包圆半径)时不明显。桩顶各点的桩底反射波波形基本一致。XCC桩顶高频干扰异于实心圆桩,桩顶产生2种不同频率的高频干扰波。入射波峰到达时间和峰值受脉冲宽度和外包圆直径影响较大,受桩身弹性模量影响较小,且在XCC桩顶沿尖角方向r=0.4R处受各参数的影响最小。     

大直径桩扭转波法测试的数值分析

文章采用交错网格有限差分法对大直径桩扭转波法测试进行数值分析,将桩-土系统视为三维线弹性体,建立了轴对称条件下大直径桩瞬态扭转振动模型;根据初边值条件,利用交错网格有限差分法对波动方程进行离散求解,得到了瞬态扭矩作用下的桩顶速度响应,讨论了三维干扰及缺陷响应特点.结果表明:越靠近桩顶中心,桩底反射波与入射波振幅越大;大...     

Boussinesq型方程对三维非线性波传播的数值模拟

该文建立了适宜于相对水深和复杂地形的非线性波传播的三维数学模型，模型包括任意水深点流场与波动净压力场的求解。在均匀水深条件下就不同波高、水深及波长的组合对推进波的波面、流速场和波动净压力场进行了全面数值模拟。将计算结果与解析解或物模实验结果进行对比，表明模型能较好地模拟各种组合下波浪传播的波动特征以及复杂地形上非线性波的传播。     

部分外露悬浮管桩水平动力阻抗分析

将部分外露悬浮管桩下面对应的土体视为虚土管桩,利用Winker弹簧-阻尼器模型来刻画桩周土、桩芯土与管桩的动力相互作用关系,建立了部分外露悬浮管桩的水平振动模型.通过求解桩周土和桩芯土层水平振动,得到了桩周土和桩芯土对部分外露悬浮管桩的水平作用;运用初始参数法和传递矩阵法,得到了部分外露悬浮管桩的水平动力阻抗.数值分析结果表明:管桩下土层厚度较小时,桩端边界条件对部分外露悬浮管桩水平动力阻抗的影响不大;外露部分的桩长影响水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化规律;管桩内半径即管桩壁厚和管桩与土体剪切模量比对管桩水平动力阻抗的影响较大,且在低频时的影响规律与频率有关.     

完整桩横向瞬态振动响应的数值模拟

文章建立了桩土模型,把桩身当作Bernoulli-Euler梁,桩周土当作Winkler地基,研究桩顶受到横向冲击荷载时桩的瞬态横向动力响应;应用有限差分法得到桩身各点响应的数值解;分析桩长、桩周土剪切波速和桩顶横向激振力作用时间对桩的瞬态横向动力响应的影响.     

管桩群桩水平承载特性数值计算分析

研究管桩群桩在水平荷载作用下的力学响应对于管桩设计计算和推广应用具有重要意义.本文通过数值模拟软件FLAC3D研究了单排三桩形式管桩群桩在水平荷载作用下的承载特性,得到了桩基弯矩和位移随桩基位置和桩距的变化规律.研究表明,(1)单排群桩桩顶弯矩大小为:前桩>中桩>后桩,说明前桩所受土的抗力最大;(2)当桩距为3～9倍桩...     

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.     

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。     

非对称缺陷对桩顶动力响应的影响及应用研究

针对大直径桩基础桩身缺陷形态非对称分布的情况，采用数值模拟方法，构建三维有限元桩-土模型进行分析，厘清了对称缺陷和非对称缺陷对桩顶动力响应的不同影响规律，并通过模型试验验证了本文数值分析的合理性，最后针对桩-土模型的相关参数进行敏感性分析，探究桩周土、激振脉冲宽度、缺陷形态等因素对非对称缺陷桩桩顶动力响应的影响. 结果表明：非对称缺陷使桩顶对称测点的桩顶动力响应曲线呈现双闭环现象，双闭环现象最明显的对称测点位于缺陷截面对称轴上；可采用桩顶中心激振-对称点同步接收模式检测基桩非对称缺陷，为低应变反射波法检测桩身完整性的工程应用提供指导.     

多点地震激励下考虑地形变化输电塔线体系的响应分析

分别建立了中塔位于谷地和峰顶的输电塔线耦联体系三维空间有限元模型,模拟生成考虑地形变化场地上的多点地震动,运用非线性动力时程分析方法,进行多点地震激励下地形变化输电塔线体系的地震响应数值模拟.考虑多点地震动中的行波效应、部分相干效应和局部场地效应.分析多点地震动中行波效应和局部场地效应对结构地震响应的影响,并将计算结果与一致激励下的结果进行对比.研究结果表明,无论输电塔位于峰顶还是谷底,受行波波速的影响很大,但两种模型受行波波速的影响程度不同,忽略行波效应可能低估体系的地震响应;随着场地条件差异变大,结构的地震响应变大,对于输电塔位于峰顶的响应放大程度要大于输电塔位于谷底,因此应该考虑局部场地效应的影响.     

考虑桩身剪切变形的管桩水平动力阻抗

基于Timoshenko梁模型,考虑管桩桩身剪切变形的情况,建立了单个管桩的水平振动方程.为了考虑管桩与土体的动力相互作用,将桩周土和桩芯土对管桩的作用等效为Winkler弹簧-阻尼器,利用数学物理手段,并考虑管桩与土体的连续性条件,得到了弹性系数和阻尼系数.考虑管桩桩端边界条件和水平动力阻抗的定义,得到了考虑桩身剪切变形的管桩的水平动力阻抗.通过对比分析和数值讨论可知,采用Timoshenko梁模型得到的管桩水平动力阻抗的绝对值比Euler梁模型小;相对实心桩管桩更应考虑桩身的剪切变形.     

高填方渠道溃堤洪水三维风险图研究

目前的风险图绘制研究中,洪水淹没计算多基于一、二维数值模拟,洪灾风险分析较少考虑地形危险性,未能真实反映复杂下游区域洪水淹没情况及洪灾风险分布.因此,本文提出基于三维数值模拟和数据场耦合的高填方渠道溃堤洪水风险图分析方法.首先,建立耦合VOF法的SST k-ω三维溃堤洪水演进数学模型,该模型结合了k-ω和k-ε模型的优势,增加了交叉扩散项,考虑了剪切应力的输送过程,能更精细地模拟湍流过程;其次,基于三维溃堤洪水淹没计算,引入数据场模型,考虑区域地形与洪水各灾情信息的综合风险,绘制三维洪水风险图,并与二维洪水风险图相结合,实现洪灾风险分布的详细、直观表达.以某高填方渠道为例,阐述了风险图绘制方法,分析了溃堤洪水的风险分布特征.     

不同水平充填纵向采空区群的爆破动力响应衰减规律

以爆破荷载下不同水平充填的纵向采空区群动力响应为研究对象,考虑充填体与围岩的摩擦阻力作用,按充填采空区群的层数不同分为3种工况建立动力响应模型,分析各层中围岩、顶板和充填体的位移、速度响应衰减规律。计算结果表明:在爆炸应力波作用下,充填采空区群内各部位的振动具有一定滞后性;同一工况下,与位于同一层的围岩和顶板相比,充填体的振动频率衰减最快;各工况下,速度和位移的初始响应频率和幅值相近,但层数越多的充填采空区群的动力响应衰减速率越快,恢复至平衡状态所需时间也越短。将动力模型计算结果与数值模拟结果和现场监测数据进行对比,三者速度响应的幅值、频率接近,并具有相似的衰减规律,验证了动力响应模型的可靠性。     

椭圆余弦波作用下考虑桩身振动的桩-土相互作用

针对海洋中浅水区域的单桩基础,建立了包含波浪、海床和单桩的三维数值模型,考虑浅水环境中椭圆余弦波与海洋风浪引起的桩身振动的共同作用,研究了桩-土耦合系统的动态响应问题.其中,波浪模型的椭圆余弦波采用Navier-Stokes方程控制,海床模型视为各向同性的多孔介质,并采用Biot方程模拟土体与孔隙水的动态响应,单桩视为可变形弹性体,并引入周期性的水平位移来模拟桩身振动.同时,在验证模型准确性的基础上,分析了椭圆余弦波作用下桩身位移、桩周的海床孔隙水压及海床液化等变化情况,并对波浪及海床的主要特性参数进行了分析.结果表明:桩身振动会导致桩顶区域的海床孔隙水压出现局部变化,并使孔隙水压沿海床深度方向的减小趋势变缓;波浪与海床的特性参数对孔隙水压的分布影响显著.