采用有限元+边界元方法研究非饱和地基中群桩基础的动力阻抗

采用边界元结合有限元法研究了非饱和地基群桩基础动力阻抗。根据梁模型建立桩体动力控制方程,结合有限元方法建立群桩基础数值模型;基于非饱和多孔介质动力控制方程组,采用加权残余法和拉普拉斯变换,推导非饱和地基边界元法控制方程,根据伴随矩阵性质推导其Green函数基本解答。基于桩体和地基土接触面作用力平衡条件和位移相容原理,建立非饱和地基边界元模型和群桩基础有限元模型的耦合数值模型;研究土体饱和度、桩体间距、长度、数目和地基分层等参数对群桩基础动力阻抗的影响。研究发现:地基饱和度增加可降低群桩基础刚度系数;荷载频率较低时增大饱和度可减小群桩基础阻尼系数。增加桩基数目和地基饱和度可增大桩基与地基土相互作用。下卧基岩分层地基可提高桩基与土体的相互作用,且对群桩水平阻抗影响显著。

分层土中群桩水平动力阻抗的改进计算

采用动力Winkler地基梁模型,建立了主动桩和被动桩的简化解析运动方程,考虑地基土的分层特性、桩身剪切变形和转动惯量,提出了计算分层地基中单桩和群桩动力阻抗的改进计算方法,并与已有文献的计算结果进行了对比,结果表明:改进方法的计算结果与现场实测更接近。在低频段,改进方法的计算结果与已有文献结果较一致,但随着桩身剪切模量的减小,两者差异增大。差异主要是由考虑桩身剪切变形和转动惯量引起的,且前者影响较大,在低频段差异亦十分明显,而后者影响较小,在群桩阻抗峰值区域和高频段差异明显,需考虑桩身转动惯量的影响。

地基动力阻抗的双自由度集总参数模型

在土－结构动力相互作用分析中，下覆地基对基础与结构的阻抗函数通常强烈地依赖于外加激振频率．当结构为线性时，耦联体系的动力分析可采用子结构法在频域上有效地实施．但对于非线性结构，在时域上采用与频率有关的动力阻抗进行相互作用分析就变得十分困难与复杂．而单靠采用某一频率下动力阻抗函数固定值的单自由度集总参数模型不能充分地包含所有频率成分而难以反映实际性态．为了克服这些困难与缺陷，根据地基阻抗函数的解析和数值解答，发展了可用于时域分析的双自由度集总参数模型，其中所含有的８个与频率无关的定常参数可通过曲线优化拟合求取．这种离散模型简便实用，且与工程惯例相协调。

层状介质中群桩水平动力阻抗的简化计算方法

采用动力文克尔地基梁模型，导出了层状介质中桩单元的复刚度矩阵，提出了计算层状介质中动力相互作用因子的计算方法，利用单桩动力阻抗和动力相互作用因子计算群桩的水平动力阻抗。文中给出了算例。

桩和群桩的静刚度及动力阻抗(1)

本文仅涉及桩的静力和动力性能的一些最新进展,详述了桩和群桩的静刚度与动力阻抗的简化计算方法,检验了理论方法与现场试验结果之间的差异。

单桩竖向动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。

桩和群桩的静刚度及动力阻抗(下)

3 群桩静刚度 Poulos(1968,1971,1979)和Poulos与Davies(1980)对桩-土-桩相互作用问题做了首创性的研究。现有研究表明,在正常的工作荷载下,可用两个无量纲参数描述桩的相互作用对群桩性状的影响。一是相互作用系数,定义为: α_(ij)=Δδ_(ij)/δ_i (35)式中,Δδ_(ij)是在桩j的桩顶施加单位荷载使桩i的桩顶产生的附加位移。

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.

单桩竖向动力阻抗计算方法及其影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理,改进Winkler地基梁模型,考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型,运用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,确定了单桩的竖向动力阻抗函数。针对数值算例进行计算,将得到的单桩竖向动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的数值计算和分析结果进行对比,验证了建议计算方法的合理性;并通过变动参数计算,对影响桩基振动特性的各相关因素进行了比较分析。

分层土中单桩和群桩的水平动力阻抗计算

采用文克尔地基梁模型,在各分层土中建立单桩水平振动微分方程,利用各分层土之间桩的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。结合单桩动力阻抗和相互作用因子求解群桩水平动力阻抗。根据能量守恒原则,利用桩的水平静载变形曲线求取分层土等效为均匀土层的参数,提出将分层土等效化为均匀土近似计算单桩和群桩水平动力阻抗的方法,通过算例分析,得到一些有意义的结论。

非均质地基上条形基础动力阻抗函数的简化分析模型

本文在平面应变条件下,给出层状半无限地基动力阻抗函数的简化计算模型。在分析中,假定基础下部只有一定范围内的土体有效地参与波的传播与能量传递,同时略去水平与摇摆振动中的耦合影响。通过数值计算,研究了地基不均匀性以及土料特性的变化对动力阻抗函数的影响。

分层土中群桩的竖向和摇摆动力阻抗计算

采用动力文克尔地基梁模型,在研究两桩竖向动力相互作用时,建立被动桩的运动方程,求得均匀土中竖向动力相互作用因子的解析解。在各分层土中建立单桩竖向振动微分方程,利用各分层土之间桩身的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。采用三步法计算分层土中桩基竖向动力相互作用因子,结合单桩竖向动力阻抗和相互作用因子求解群桩竖向和摇摆动力阻抗。通过算例分析,得到一些有意义的结果和结论。

二相介质饱和土中群桩动力阻抗分析

用流体饱和多孔介质材料描述土体，由饱和土和群桩及承台系统的位移协调条件和力平衡条件建立饱和土和群桩及承台系统动力相互作用的控制方程，分析饱和土中群桩动力阻抗。结果表明：孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗有一定的影响；在饱和土具有不同的流体渗透系数时，饱和土中群桩动力阻抗也有一定差别。在地基土与基础结构动力相互作用研究中应该考虑地基土中孔隙流体的影响。

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.

饱和层状土中浮承桩纵向动力阻抗的虚土桩模型

基于Biot动力波动理论描述土体饱和两相特性,提出了一种桩底土饱和虚土桩模型,同时考虑桩周、桩底饱和土体纵向成层性,采用Novak平面应变法计算得出饱和土体位移解,进一步利用饱和土-桩-饱和虚土桩完全耦合条件及阻抗函数传递性,求解得出桩顶纵向振动动力阻抗解析解,并与已有相关解析解进行退化验证及对比分析。在此基础上,探讨了桩底饱和土层厚度、桩周纵向软(硬)夹层、桩底纵向软(硬)下卧夹层、桩周及桩底饱和土体孔隙率对桩顶动力阻抗的影响规律,计算结果表明:由于单相土与饱和土压缩波波速差别较大,桩底土单相虚土桩模型会过低估计阻抗曲线共振频率,即当桩底土饱和性显著且排水性较差时,宜采用饱和虚土桩模型和所得相关解析解分析浮承桩纵向振动特性;桩周饱和软(硬)夹层对动力阻抗曲线振幅水平影响显著,而桩底软(硬)下卧夹层则对桩顶动力阻抗曲线影响很小;桩周饱和表层土体孔隙率仅对桩顶动力阻抗曲线共振幅值产生明显影响,而桩底饱和土层孔隙率对桩顶动力阻抗曲线共振幅值和共振频率均有显著影响。

层状土中考虑频域内轴向力分担的群桩水平动力阻抗

以动力文克尔梁模型为基本理论,在充分考虑了土的分层以及桩顶轴向力参与作用后导出了一种新的计算层状介质中水平动力相互作用因子的方法,进一步扩展了群桩-土相互作用简化法的应用范围,可以计算任意构型、桩数、土层属性下的群桩系统阻抗反应,其计算工作量较小,是其它数值方法难以比拟的。数值计算结果表明:桩顶轴向力的引入不能从本质上改变桩基振动形式,但考虑竖向振动附加影响的水平激振作用会产生相当的动力P-Δ效应,致使水平单、群桩阻抗效应降低,位移反应增大,同时桩间动力相互作用影响也较单一水平力作用时有明显规律性的增强。

层状地基端承桩扭转动力阻抗研究

本文采用Novak薄层法推导粘弹性地基的扭转动力阻抗,并将其用于考虑桩土相互作用的单桩扭转动力阻抗,又通过传递矩阵法将此公式推广到求取层状地基单桩扭转动力阻抗。而且本文以工程中常用的端承桩为例,推导了层状地基中端承桩扭转动力阻抗的简化计算公式。根据此公式,分析了频率、上覆软土层厚度、上覆软土层刚度等因素对单桩扭转动力阻抗的影响,分析结果表明,随着振动频率提高,层状地基中端承单桩的扭转动力阻抗的实部有缓慢下降的趋势,而虚部则增大;随着上覆土层厚度的增加,层状地基中端承单桩的扭转动力阻抗的实部和虚部均减小;随着上覆土层刚度的减小,层状地基中端承单桩的扭转动力阻抗的实部减小,虚部在低频段减小,而在较高频率段则增大。

低承台群桩动力阻抗的有限元分析

采用有限单元法分析承台埋置在土中的群桩的动力阻抗.采用透射边界来模拟土的辐射阻尼,计算了2×2群桩和3×3群桩的竖向、水平和摇摆动力阻抗.分析表明,承台的埋置对群桩的水平和摇摆动力阻抗有很大的影响.与高承台群桩相比,低承台群桩动力阻抗在某一频率范围内可能大很多,但在另一频率范围内也可能小,呈现出复杂的频率相关性.

层状土中单桩水平振动的动力阻抗

采用动力文克尔地基梁模型，首先求出层状土中有限长桩的通解，在此基础上导出了桩单元复刚度矩阵，提出了计算层状土中单桩动力阻抗的方法．本文成果可以用来研究层状土中群桩的动力阻抗、桩－土运动相互作用等问题．

考虑桩-土相互作用的管桩水平动力阻抗研究

在经典平面应变假定和波的传播理论的基础上,通过引入势函数的方法,对土层的水平振动问题进行求解,得到了桩周土和桩芯土对管桩的水平动力作用.然后,利用初参数法求解了管桩的水平振动,分析了桩周土与桩芯土剪切模量比和管桩外半径对管桩水平动力阻抗的影响.