土塞效应下饱和土中管桩纵向振动特性研究

发布时间：2020-05-22 04:06

【摘要】：在我国东南沿海地区,由于地势较低,海拔多在10米以下,多为河流冲击而成的平原,水资源丰富,地下水位较高,且人口稠密,城市分布众多,随着城市化进程的推进,房屋、厂房、公路、港口、机场等建筑设施大量地开始修建,由于桩基础的适用条件,在这些地区被大量地采用。管桩作为一种新型桩型,具有着众多的优点:(1)由于管桩的单桩承载力较高,在同一建筑物基础处理时,可以选择不同桩径的管桩进行组合设计,充分发挥每根桩的承载力;(2)相对于实心桩,管桩具有明显的造价低的优势;(3)管桩成桩以后,质量较高,且便于检测桩长与桩身质量。自上世纪60年代以来,管桩在我国东南沿海地区开始被大量地投入使用,管桩在打入地基的过程中,无可避免地会在桩身内堆积桩芯土塞,而目前对于饱和土中土塞效应对管桩纵向振动特性影响的研究并不是特别的完善,本文以理论研究作为主体部分,研究了管桩与土塞之间的影响关系,并展开室内模型试验以及建立ANSYS数值模型,通过试验结果与模拟结果来对比验证理论计算的合理性。本文根据以下四点进行内容的展开:(1)以饱和多孔介质理论为理论基础,考察了均质饱和土中土塞效应对管桩的纵向振动问题的影响。根据Novak薄层理论和饱和土多孔介质理论容易获得管桩侧土体复刚度以及管桩内壁土塞复刚度,由此复刚度得到管桩侧壁和内壁剪切力,利用一维波动理论建立起管桩和土的耦合动力方程。然后对饱和土中桩顶频域解析解和时域半解析解进行求解。然后进行了土塞密度、波速和高度等参数的改变对桩顶动力响应的影响分析。(2)以饱和多孔介质理论为理论基础,考察了纵向成层饱和土中土塞效应对管桩的纵向振动问题的影响。根据Novak薄层理论和饱和土多孔介质理论容易获得管桩侧土体复刚度以及管桩内壁土塞复刚度,由此复刚度得到管桩侧壁和内壁剪切力,利用一维波动理论建立起管桩和土的耦合动力方程。然后对纵向成层饱和土中桩顶频域解析解和时域半解析解进行求解。然后进行了土塞密度、波速和高度等参数的改变对桩顶动力响应的影响分析。(3)运用EPPDS型无线基桩动测仪对现场制备的混凝土模型管桩进行试验,考察管桩桩顶时域曲线与土塞高度之间的变化关系,对比试验所得到的解与理论求解得到的解,验证基于粘弹性支承的饱和土中管桩-土塞纵向振动理论的正确性。(4)运用ANSYS有限元软件建立桩侧土-管桩-土塞耦合作用的数值模型,从数值计算的角度分析了均质土中考虑土塞效应时管桩的纵向振动特性以及纵向成层饱和土中考虑土塞效应时管桩的纵向振动特性。然后研究了土塞的高度以及密度对桩顶速度时域曲线的影响,结合理论分析,验证了理论分析的正确性。
【图文】：

土塞,饱和土,管桩,相互作用模型

图 2-1 管桩-饱和土-土塞相互作用模响应方程为 )0[()]0SLS122SS1tututustuvz1z1z1z1 移、Lu 为土液相的位移； S11 G1 为土体阻尼比；S1n 土固相体积分观密度、L1 为土体液相表观密度；程可由式（2.1）进行 Laplace 变换0S212 z1U

土塞,相互作用模型,管桩,中桩

图 3-1 成层饱和土中桩侧土-管桩-土塞合相互作用模型中考虑土塞效应时管桩的动力响应的剪切复刚度以及土塞与桩之间的剪切复刚度根据再复述。()()2π()01SSiiiiiiiiiKrrKrr ()()2π()01SSiiiiiiiiiiIrrIrr 为一阶第二类虚宗量 Bessel 函数，K0(αiri)为零阶的i)为一阶第一类虚宗量 Bessel 函数，I0(αiri)为零阶的数解释参照上章节所示。动方程与求解
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU473.1

【参考文献】