冻土地区冻融作用下双层地基中桩竖向振动特性
发布时间：2022-01-23 12:02
目前,我国正积极推动“一带一路”战略,随之而来的是冻土地区的工程建设逐渐增加。冻土工程问题的一个突出的特点是存在冻融现象,受到气候和人类活动的影响,在季节性冻土或多年冻土表层会出现冻融分层,对工程安全产生影响。由于冻土特殊的物理性质,而桩基础具有良好的承载特性等优点,桩基础在冻土区建筑中得到广泛应用,因此开展冻融地基中基桩竖向振动特性研究,对于多年冻土冻土或季节性冻土区桩基的设计与建造具有重要意义和工程价值。本文主要研究内容:（1）从单相弹性理论、饱和动力固结理论和冻结多孔介质理论出发,在桩顶受任意激振力情况下,采用解析方法,研究桩在有限土层情况下桩竖向振动解析解,该解考虑了桩和土层接触面的相互作用,由此建立非端承桩竖向耦合振动模型。分析在冻结情况下三种不同介质模型的表现情况。（2）研究在桩顶受任意激振力情况下,冻土地区冻融作用造成的土层分层作用对桩竖向振动影响,建立双层冻融地基中基桩振动简化模型。简化模型一中采用单相弹性介质模拟冻土,饱和双相多孔介质模拟未冻土或融土;简化模型二中采用冻结饱和三相多孔介质模拟冻土,饱和双相多孔介质模拟未冻土或融土。分别对两种模型进行数据分析与讨论,分析...
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Winkler地基模型计算简图
冻土地区冻融作用下双层地基中桩竖向振动特性61.3.2平面应变模型理论平面应变模型理论忽略了土体中沿竖向深度变化的位移和应力分量，将桩侧土体沿竖向划分为一系列无穷薄的土层，各土层之间保持着相互独立将之前Winkler地基模型理论中桩侧土对桩的动力阻抗用连续分布且相互独立的弹簧和阻尼器代替成桩侧土的复刚度，从而对桩土振动特性展开研究。平面应变模型的计算简图如下图1-2所示。图1-2平面应变模型计算简图Fig1.2Simplifiedcalculationofplanestrainmodel1967年Baranov[6]利用平面应变模型对简谐荷载作用下埋置刚体基础的竖向振动特性进行了研究。之后Novak等人[41]采用平面应变土体模型给出了部分嵌在半无限介质或地层中的底座扭转振动的近似解析解，通过求解包含水平平移、摇摆和扭转的耦合响应，说明了耦合模的求解方法。给出了可用于分析基础嵌固地基或基础结构的刚度系数和阻尼系数的计算公式。Lee等人[42]建立了一维桩体分析的波动方程模型，利用平面应变模型研究了对桩的应力分布的预测和不同水平荷载下桩的应力情况。Militano等人[43]在平面应变模型下，研究了弹性桩在轴向载荷和瞬态扭转作用下的动力响应。Zheng等人[44]将多孔弹性土分为桩基下面的均匀半空间和一系列沿轴无限薄的独立层，对埋在多孔弹性土中的弹性桩的竖向振动进行了分析研究。Ai等人[45]拓展平面应变模型，对竖向荷载作用于横向各向同性多层土中的单桩进行动力响应研究。Cui等人[46]将Novak的平面应变模型和复刚度法推广到考虑粘滞型阻尼的纵向层状粘
冻土地区冻融作用下双层地基中桩竖向振动特性10第二章单层地基中非端承桩竖向振动理论2.1引言桩土竖向耦合振动理论是动力试桩的理论基础，并且在抗震结构设计和机器基础中有着广泛应用。本章分别将桩周土视为单相弹性介质或饱和多孔介质或冻结多孔介质，建立非端承桩竖向耦合振动模型。其中单相弹性介质用弹性动力学理论描述，饱和多孔介质用Biot动力学描述，冻结多孔介质采用Leclaire建立的冻结多孔介质模型。采用解析方法，求解出不同桩周土体在有限层厚下桩的竖向振动解析解。由于该方法可以直接地向成层土中桩竖向耦合振动拓展，因此本章为下面求解双层地基中桩竖向耦合振动打下了基矗2.2单相弹性介质地基中桩竖向振动2.2.1数学模型2.2.1.1基本假设为简化问题的表述，作出如下基本假设：(1)桩周冻土视为单层均质的单相弹性介质，将柱底和土层底部简化为弹性支承并且土层上部为自由表面。(2)桩为弹性、圆形均质杆，按一维杆件处理；(3)桩土体系振动为小变形，桩土之间完全接触，桩土间的荷载传递由固相颗粒承担。2.2.1.2振动模型根据上述基本假设，本文将冻土层简化为单相弹性介质，建立单层土中桩竖向振动的简化模型。研究埋置于单相弹性介质中的非端承桩当桩顶受任意激振力作用时，桩与介质的竖向耦合振动的空间轴对称问题，计算简图如图2-1所示。图2-1非端承桩与冻土竖向耦合振动模型简图Fig2.1Sketchofverticalcoupledvibrationmodelofnon-endbearingpileandfrozensoil
【参考文献】：
期刊论文
[1]桩土滑移的饱和土中海洋高桩竖向振动特性研究[J]. 傅建舟,李强,陈禹,郭廷凯. 科技通报. 2017(01)
[2]横观各向同性饱和层状土中垂直受荷群桩的动力阻抗[J]. 王小岗. 岩土工程学报. 2011(11)
[3]层状横观各向同性饱和地基中桩基的纵向耦合振动[J]. 王小岗. 土木工程学报. 2011(06)
[4]Axisymmetrical analytical solution for vertical vibration of end-bearing pile in saturated viscoelastic soil layer[J]. 杨骁,潘元. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2010(02)
[5]饱和土径向运动简化的桩纵向振动特性研究[J]. 李强,王奎华. 应用基础与工程科学学报. 2008(03)
[6]考虑土体三维波动效应时黏性阻尼土中桩的纵向振动特性及其应用研究[J]. 阙仁波,王奎华. 岩石力学与工程学报. 2007(02)
[7]考虑地下水位影响时桩的纵向振动特性研究[J]. 张智卿,王奎华,谢康和,李强. 岩石力学与工程学报. 2006(S2)
[8]成层粘弹性土中桩土耦合纵向振动时域响应研究[J]. 胡昌斌,黄晓明. 地震工程与工程振动. 2006(04)
[9]非饱和土层中桩的扭转振动响应分析[J]. 张智卿,王奎华,谢康和. 岩土工程学报. 2006(06)
[10]考虑土体三维波动效应时弹性支承桩的振动理论及其应用[J]. 阙仁波,王奎华. 计算力学学报. 2005(06)
博士论文
[1]基于虚土桩法的桩土纵向耦合振动理论及应用研究[D]. 吴文兵.浙江大学 2012
[2]考虑土竖向波动效应的桩土纵向耦合振动理论[D]. 胡昌斌.浙江大学 2003
[3]成层土中桩纵向振动理论及其在PIT中的应用[D]. 王腾.浙江大学 2001
硕士论文
[1]冻土桩基水平承载力学特性试验研究[D]. 王海新.兰州交通大学 2018
[2]径向非均质土中桩的纵向及扭转振动特性研究[D]. 周铁桥.浙江大学 2005
本文编号：3604310
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Winkler地基模型计算简图
冻土地区冻融作用下双层地基中桩竖向振动特性61.3.2平面应变模型理论平面应变模型理论忽略了土体中沿竖向深度变化的位移和应力分量，将桩侧土体沿竖向划分为一系列无穷薄的土层，各土层之间保持着相互独立将之前Winkler地基模型理论中桩侧土对桩的动力阻抗用连续分布且相互独立的弹簧和阻尼器代替成桩侧土的复刚度，从而对桩土振动特性展开研究。平面应变模型的计算简图如下图1-2所示。图1-2平面应变模型计算简图Fig1.2Simplifiedcalculationofplanestrainmodel1967年Baranov[6]利用平面应变模型对简谐荷载作用下埋置刚体基础的竖向振动特性进行了研究。之后Novak等人[41]采用平面应变土体模型给出了部分嵌在半无限介质或地层中的底座扭转振动的近似解析解，通过求解包含水平平移、摇摆和扭转的耦合响应，说明了耦合模的求解方法。给出了可用于分析基础嵌固地基或基础结构的刚度系数和阻尼系数的计算公式。Lee等人[42]建立了一维桩体分析的波动方程模型，利用平面应变模型研究了对桩的应力分布的预测和不同水平荷载下桩的应力情况。Militano等人[43]在平面应变模型下，研究了弹性桩在轴向载荷和瞬态扭转作用下的动力响应。Zheng等人[44]将多孔弹性土分为桩基下面的均匀半空间和一系列沿轴无限薄的独立层，对埋在多孔弹性土中的弹性桩的竖向振动进行了分析研究。Ai等人[45]拓展平面应变模型，对竖向荷载作用于横向各向同性多层土中的单桩进行动力响应研究。Cui等人[46]将Novak的平面应变模型和复刚度法推广到考虑粘滞型阻尼的纵向层状粘
冻土地区冻融作用下双层地基中桩竖向振动特性10第二章单层地基中非端承桩竖向振动理论2.1引言桩土竖向耦合振动理论是动力试桩的理论基础，并且在抗震结构设计和机器基础中有着广泛应用。本章分别将桩周土视为单相弹性介质或饱和多孔介质或冻结多孔介质，建立非端承桩竖向耦合振动模型。其中单相弹性介质用弹性动力学理论描述，饱和多孔介质用Biot动力学描述，冻结多孔介质采用Leclaire建立的冻结多孔介质模型。采用解析方法，求解出不同桩周土体在有限层厚下桩的竖向振动解析解。由于该方法可以直接地向成层土中桩竖向耦合振动拓展，因此本章为下面求解双层地基中桩竖向耦合振动打下了基矗2.2单相弹性介质地基中桩竖向振动2.2.1数学模型2.2.1.1基本假设为简化问题的表述，作出如下基本假设：(1)桩周冻土视为单层均质的单相弹性介质，将柱底和土层底部简化为弹性支承并且土层上部为自由表面。(2)桩为弹性、圆形均质杆，按一维杆件处理；(3)桩土体系振动为小变形，桩土之间完全接触，桩土间的荷载传递由固相颗粒承担。2.2.1.2振动模型根据上述基本假设，本文将冻土层简化为单相弹性介质，建立单层土中桩竖向振动的简化模型。研究埋置于单相弹性介质中的非端承桩当桩顶受任意激振力作用时，桩与介质的竖向耦合振动的空间轴对称问题，计算简图如图2-1所示。图2-1非端承桩与冻土竖向耦合振动模型简图Fig2.1Sketchofverticalcoupledvibrationmodelofnon-endbearingpileandfrozensoil
【参考文献】：
期刊论文
[1]桩土滑移的饱和土中海洋高桩竖向振动特性研究[J]. 傅建舟,李强,陈禹,郭廷凯. 科技通报. 2017(01)
[2]横观各向同性饱和层状土中垂直受荷群桩的动力阻抗[J]. 王小岗. 岩土工程学报. 2011(11)
[3]层状横观各向同性饱和地基中桩基的纵向耦合振动[J]. 王小岗. 土木工程学报. 2011(06)
[4]Axisymmetrical analytical solution for vertical vibration of end-bearing pile in saturated viscoelastic soil layer[J]. 杨骁,潘元. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2010(02)
[5]饱和土径向运动简化的桩纵向振动特性研究[J]. 李强,王奎华. 应用基础与工程科学学报. 2008(03)
[6]考虑土体三维波动效应时黏性阻尼土中桩的纵向振动特性及其应用研究[J]. 阙仁波,王奎华. 岩石力学与工程学报. 2007(02)
[7]考虑地下水位影响时桩的纵向振动特性研究[J]. 张智卿,王奎华,谢康和,李强. 岩石力学与工程学报. 2006(S2)
[8]成层粘弹性土中桩土耦合纵向振动时域响应研究[J]. 胡昌斌,黄晓明. 地震工程与工程振动. 2006(04)
[9]非饱和土层中桩的扭转振动响应分析[J]. 张智卿,王奎华,谢康和. 岩土工程学报. 2006(06)
[10]考虑土体三维波动效应时弹性支承桩的振动理论及其应用[J]. 阙仁波,王奎华. 计算力学学报. 2005(06)
博士论文
[1]基于虚土桩法的桩土纵向耦合振动理论及应用研究[D]. 吴文兵.浙江大学 2012
[2]考虑土竖向波动效应的桩土纵向耦合振动理论[D]. 胡昌斌.浙江大学 2003
[3]成层土中桩纵向振动理论及其在PIT中的应用[D]. 王腾.浙江大学 2001
硕士论文
[1]冻土桩基水平承载力学特性试验研究[D]. 王海新.兰州交通大学 2018
[2]径向非均质土中桩的纵向及扭转振动特性研究[D]. 周铁桥.浙江大学 2005
本文编号：3604310
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