[發(fā)明專利]一種基于飽和虛土樁的浮承樁縱向振動分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811244367.2
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109372035B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔春義;孟坤;許成順;梁志孟;劉海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;涂文詩

本發(fā)明公開了一種基于飽和虛土樁的浮承樁縱向振動分析方法，采用飽和虛土樁模型，能同時考慮樁周、樁底土體飽和特性及樁底土體的波動效應(yīng)，能適用飽和土中浮承樁縱向振動問題，三維飽和土體模型可同時考慮樁周、樁底土體三維波動效應(yīng)，可為樁基動力檢測提供理論指導(dǎo)和參考作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種浮承樁縱向振動分析方法，更具體地，涉及一種基于飽和虛土樁的浮承樁縱向振動分析方法。

背景技術(shù)

按照樁與基巖的關(guān)系，當(dāng)樁底端未達(dá)到基巖，即樁浮在樁周土中時，稱為浮承樁。浮承樁的底端可視為彈性固定的，在靜荷載或動荷載作用下，浮承樁底端可產(chǎn)生軸向位移。

目前，在針對浮承樁情況，已有研究大多將樁底土簡化為Winkler模型，其彈簧和阻尼器系數(shù)通常按經(jīng)驗取值，無法合理考慮樁底土體波動效應(yīng)的影響。為解決此類問題，一些學(xué)者將樁底土考慮為單相或飽和彈性半空間介質(zhì)，計算得出樁底復(fù)阻抗函數(shù)表達(dá)式，并對浮承樁縱向振動特性進(jìn)行了分析。然而，彈性半空間模型雖可考慮樁底土波動效應(yīng)，但其只適用于基巖埋深較大情況，且無法考慮樁底土厚度及成層特性對樁基縱向振動特性的影響。

基于此點(diǎn)考慮，提出了樁與樁底土完全耦合單相介質(zhì)虛土樁模型。而單相虛土樁模型均假定樁底土體為單相介質(zhì)，未考慮樁底土飽和兩相介質(zhì)性，這對于飽和土中浮承樁基縱向振動問題并不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于飽和虛土樁的浮承樁縱向振動分析方法，能同時考慮樁周、樁底土體飽和特性及樁底土體的波動效應(yīng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于飽和虛土樁的浮承樁縱向振動分析方法，包括以下步驟：

S1：建立簡化的三維軸對稱模型，將樁-土體耦合振動系統(tǒng)分為實(shí)體樁、位于實(shí)體樁正下方的虛土樁、位于實(shí)體樁周圍的樁周土和位于虛土樁周圍的樁底土，虛土樁的上表面與實(shí)體樁下表面相連，虛土樁的下表面與基巖相連；基巖上土層總厚度為H，樁底土層厚H^SP；

實(shí)體樁為均質(zhì)等截面彈性體，虛土樁為等截面飽和兩相介質(zhì)，樁周土為均質(zhì)、各向同性的飽和線粘彈性介質(zhì)，樁底土為均質(zhì)、各向同性、滲透性較差的飽和線粘彈性粘土；樁周土與樁底土層間相互作用簡化為分布式彈簧和阻尼器；

樁-土體耦合振動系統(tǒng)滿足線彈性和小變形條件，樁土界面完全接觸，不存在滑移和脫離；

S2：建立樁底土、樁周土、虛土樁和實(shí)體樁的動力學(xué)控制方程和邊界條件；

S3：使用勢函數(shù)方法求解樁底土和樁周土的土體質(zhì)點(diǎn)位移，并求解樁底土與虛土樁的界面剪應(yīng)力、樁周土與實(shí)體樁的界面剪應(yīng)力、求解諧和激振下虛土樁和實(shí)體樁的質(zhì)點(diǎn)縱向振動；

S4：綜合虛土樁、實(shí)體樁的邊界條件、各層樁界面處位移連續(xù)、力的平衡條件，求得實(shí)體樁樁頂動力阻抗函數(shù)，以對浮承樁的縱向振動進(jìn)行分析。

優(yōu)選地，所述步驟S2中樁底土、樁周土、虛土樁和實(shí)體樁的動力學(xué)控制方程分別為

樁底土和樁周土的動力學(xué)控制方程為

虛土樁縱向振動控制方程為

實(shí)體樁縱向振動控制方程為

上述式中，是柱坐標(biāo)下的算子，樁頂作用諧和激振力是激振力幅值，ω為激振圓頻率，

式中的符號定義為