水平简谐荷载作用下层状饱和土体动力响应

根据Biot波动理论,采用传递、反射矩阵(TRM)方法研究了水平简谐荷载作用下层状饱和土动力响应问题。由Helmholtz矢量分解求出基本解,再利用TRM法推导了层状饱和土动力响应,并由数值Hankel逆变换得到层状土地基位移、应力及孔压在空间域内的解。利用计算结果与已有结果相比较,二者相吻合,验证了算法的正确性。算例分析表明,水平简谐荷载作用在有软弱夹层的层状土体中比均质土中具有更显著的动力响应,尤其是软夹层上下有硬土层时,会引起软弱夹层土体孔隙水压升高、位移幅值增大、土体波动性增强;而荷载作用硬夹层及夹层上下有软土层时,情况则相反。

层状饱和土中单桩纵向振动分析

基于饱和多孔介质理论,将土体视为液固饱和两相介质,利用Novak薄层法得到了饱和土的竖向动力阻抗,利用传递矩阵法研究了饱和土中桩的纵向振动并进行了参数分析。研究结果表明:桩周土的性质、土层厚度和土层分布对桩顶复刚度有很大的影响,土层剪切模量比越小,复刚度随频率变化曲线的峰值越小,峰值的间隔也越小;对于上软下硬土层,下层硬土层越厚,桩的复刚度随频率变化曲线的峰值越小;土层液固耦合系数的差异对桩的纵向振动特性也存在一定的影响,但相对较小。

层状饱和土体中排桩对简谐荷载隔振效果分析

根据Biot理论,利用已有的传递、透射矩阵法得到层状饱和土体内部受竖向圆形分布荷载作用下的基本解,再由Muki虚拟桩法,建立了频域内层状土-桩的第二类Fredholm积分方程。通过离散方法求解积分方程,得到了评价隔振效果的振幅比。与已知文献结果比较,验证了方法的正确性。数值结果表明:对于同种类型的振源,采用相同的隔振系统,在上软下硬的多层土体中的隔振效果比在上硬下软的土层中要好。采用较长的桩或刚度较大的桩,或桩之间的距离加密都可得到好的隔振效果。

层状饱和土中部分埋入单桩的水平振动响应

研究了层状饱和土中部分埋入单桩在水平简谐荷载作用下的动力响应问题。基于Biot波动方程和Novak薄层法原理,在求得层状饱和土半空间位移和应力基本解的基础上,利用桩-土变形协调条件和桩单元间位移、转角、弯矩和剪力的连续性条件建立了桩身刚度矩阵方程,导出了水平稳态谐振下部分埋入单桩阻抗函数的封闭形式解答,并获得了桩身弯矩分布形式。将所提退化解与已有成果进行了对比,验证了理论推导的正确性。参数分析表明:埋入比、土层分布、表层土厚度和渗透系数对桩顶阻抗影响显著,但表层土厚度和渗透系数超过特定值后则其影响较小。

层状饱和土中管桩瞬态扭转振动研究

对瞬态扭转激振荷载作用下层状饱和土中端承管桩的动力响应问题进行了研究。首先借助Laplace变换和分离变量法解耦Biot波动方程,土层层间动力相互作用简化为分布式线弹簧,并结合桩-土交界面上的应力和位移连续边界条件,导出了各节段管桩在Laplace变换域内扭转动力响应的解析表达式;然后,根据阻抗函数传递原理,并对得到的解进行Laplace数值逆变换,最终获得了瞬态扭转荷载作用下层状饱和土中管桩动力响应的时域解答。研究表明:桩顶作用三角形或半正弦荷载情况下,最大桩顶扭转角产生时刻落后于最大荷载对应时刻;且当桩周土渗透系数处于相对较高和较低范围内,桩顶转角几乎保持不变,在中间范围内则随渗透系数增大而增大;硬夹层的存在将使桩身上部扭矩增大,下部扭矩减小,软夹层下规律相反。

横观各向同性层状饱和土动力问题的反射、透射矩阵方法

建立了轴对称情形下横观各向同性层状饱和土(TISS)动力问题的反射、透射矩阵(RTM)方法。对横观各向同性饱和土状态向量所满足的偏微分方程组进行Fourier和Hankel变换,得到状态向量所满足的常微分方程组。求解该常微分方程组,得到横观各向同性饱和土状态向量的通解。根据该通解得出了状态向量和波向量的传递矩阵,由波向量的传递矩阵得出了层状土的反射、透射矩阵表达式。利用上述反射、透射矩阵,并结合层状饱和土的边界条件和层间连续性条件,得出了垂直力作用下横观各向同性层状饱和土在变换域内的解。对变换域内的解进行Hankel逆变换,得出了频域内层状饱和土的动力响应。

移动荷载作用下层状横观各向同性饱和土中排桩的隔振效应

利用有限元-边界元耦合法评估了移动荷载下层状横观各向同性饱和土体中排桩的隔振效果。利用有限元法将排桩离散成单桩以及桩单元,基于Bernoulli-Euler梁理论得到桩的有限元矩阵方程;在桩-土边界,土体单元与桩单元进行了等节点离散,并以层状饱和地基的解析层元基本解作为核函数,利用边界积分法得到桩-土界面处地基的柔度矩阵;基于两阶段理论,将侧摩阻力响应与移动荷载直接引起的振动进行耦合,结合边界元法得到饱和地基的边界元方程;考虑Bernoulli-Euler梁和土体之间不发生相对滑移和脱开的位移协调条件,耦合有限元和边界元方程,得到排桩的动力响应方程;计算有无排桩隔振下某一观测点的位移,即可结合隔振理论分析排桩的隔振效率。在验证所提方法准确性的基础上,分析了桩长、桩身刚度、移动荷载速度以及横观各向同性参数对排桩隔振效应的影响。结果表明:最优桩长约等于2倍瑞利波长,超过该值隔振效果提高不大;桩与地基的刚度差越大,隔振效果越好;荷载速度超过剪切波速,桩基隔振表现反而更好。

层状非饱和土中端承桩竖向土体振动响应研究

目的 研究层状非饱和土中端承桩竖向土体振动响应。方法 分别制作一个层状非饱和土的模型箱与端承桩的模型桩,分析层状非饱和土中端承桩竖向土体振动响应。结果 随着非饱和土饱和度的增加,端承桩桩顶的位移频响逐渐增大、动刚度频响逐渐减小、动阻尼比频响逐渐增大;随着层状土上下土层厚度比的减小,端承桩桩顶的位移频响逐渐增大、动刚度频响逐渐减小、动阻尼比频响逐渐增大。结论 层状非饱和土的饱和度越小、上下土层厚度比越大,越有利于降低端承桩竖向土体振动响应。

层状粘弹性饱和土地基与基础和上部结构的共同作用

用子结构法将上部结构向边界凝聚 ,得上部结构的控制方程 .筏板的控制方程由薄板理论和虚位移原理得到 .利用层状粘弹性饱和土表面作用垂直载荷的基本解和筏板与地基的变形协调条件 ,可以得到筏板和地基相互作用的控制方程 .对上述控制方程进行 Laplace变换 ,得到变换域内的控制方程 .求解上述变换域内的方程并进行相应的逆变换 ,则可求解出共同作用问题 .

层状饱水软土地基三维非轴对称动力响应分析方法

将饱水软土地基视为两相介质 ,考虑水的渗流和土骨架变形的耦合作用 ,用Fourier展开和Hankel积分变换分析三维非轴对称饱和弹性土层波动方程 ,用刚度矩阵方法 ,建立了层状饱水软土地基三维非轴对称动力响应的解析分析方法。以数值算例对比分析了单相土介质与两相饱和土介质三维非轴对称稳态动力响应 ,结果表明 :在饱水软土地基动力响应分析中应该考虑土体中孔隙流体的影响。

分层饱和土中横向受荷桩动力阻抗分析方法

考虑饱和土的成层性和孔隙流体与土骨架变形的相互作用,用积分变换方法构建盘面和柱面荷载作用下土体与结构动力相互作用影响函数,用边界元方法建立相应的考虑饱和土成层性的地基与桩基础动力相互作用分析方法。以层状饱和土中横向受荷桩动力阻抗分析表明分析方法的可行性。

分层饱和土中横向受荷桩动力响应分析

考虑饱和土的成层性和孔隙流体与土骨架变形的相互作用,用积分变换方法构建盘面和柱面荷载作用下土体与结构动力相互作用影响函数,用边界元方法建立相应的考虑饱和土成层性的地基与桩基础动力相互作用分析方法。以层状饱和土中横向受荷桩动力阻抗分析表明分析方法的可行性。算例分析孔隙流体对分层饱和土中横向受荷桩动力响应影响。

层状饱和沉积地形对地震波的散射分析

讨论了研究层状饱和沉积地形放大效应的意义,阐述了利用间接边界元方法求解层状饱和沉积地形动力响应的步骤,并将饱和场地对地震动放大效应和干土场地对地震动放大效应进行了比较。

层状饱和场地分布荷载的动力Green函数及应用

研究波在层状饱和场地中的传播，在理论和实际工程中均有十分重要的意义。采用Biot基本模型，利用层状饱和土的精确动力刚度矩阵，给出了层状饱和场地中分布荷载作用于与水平向有夹角的倾斜直线时的动力Green函数，解决了利用间接边界元法计算层状饱和场地中任意凹陷地形对地震波散射以及土-结构相互作用中的关键问题。