[發明專利]一種基于層狀飽和虛土樁的浮承樁縱向振動分析方法

有效

• 申請號: 201811244404.X
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109446637B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 崔春義;孟坤;許成順;梁志孟;劉海龍
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;涂文詩

1.一種基于層狀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-土體耦合振動系統分為實體樁、位于實體樁正下方的虛土樁、位于實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；

將全部樁-土體耦合振動系統均沿縱向分為薄層，共分為m層，其中樁底土層分成l層；

實體樁為均質等截面彈性體，虛土樁為等截面飽和兩相介質，每層樁周土為均質、各向同性的飽和線粘彈性介質，每層樁底土為均質、各向同性、滲透性較差的飽和線粘彈性粘土，

樁-土體耦合振動系統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、虛土樁和實體樁的動力學控制方程和邊界條件；

S3：使用勢函數方法求解樁底土和樁周土的土體質點位移，并求解樁底土與虛土樁的界面剪應力、樁周土與實體樁的界面剪應力、求解諧和激振下虛土樁和實體樁的質點縱向振動；

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

所述步驟S2中樁底土、樁周土、虛土樁和實體樁的動力學控制方程分別為樁底土和樁周土的動力學控制方程為

第j段虛土樁縱向振動控制方程為

第k段實體樁縱向振動控制方程為

上述式中，是柱坐標下的算子，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

其中，r為徑向坐標，z為縱向坐標；

由基巖往上依次編號地，j＝1～l是樁底土和虛土樁的土層編號，k＝l+1～m是樁周土和實體樁的土層編號，各層厚度記為t_i，各層頂部埋深記為h_i，i＝1～m；樁周土層上表面自由，樁底土底部為剛性支承邊界，樁周土與樁底土各層間相互作用簡化為分布式彈簧和阻尼器，第k+1層土作用于第k層土的動剛度、阻尼系數分別為第k-1層土作用于第k層土的動剛度、阻尼系數分別為

分別為樁底土第j層土體土骨架徑向、縱向位移和流體相對于土骨架徑向、縱向位移；N_j，ξ_j，b_j，k_j，Gj，vj分別為樁底土第j層土體的流體密度、土顆粒密度、孔隙率、流體粘滯系數、骨架與孔隙流體的粘性耦合系數、Biot動力滲透系數、土體達西定律滲透系數、土體復值剪切模量、土體剪切模量、阻尼比和泊松比；α_j，M_j為Biot定義的樁底土第j層土體的飽和土體土顆粒、流體的壓縮性常數；分別為樁底土第j層土體的土體土顆粒、流體及土骨架的體積壓縮模量；

分別為樁周土第k層土體土骨架徑向、縱向位移和流體相對于土骨架徑向、縱向位移；N_k，ξ_k，b_k，k_k，C_k，v_k分別為樁周土第k層土體的流體密度、土顆粒密度、孔隙率、流體粘滯系數、骨架與孔隙流體的粘性耦合系數、Biot動力滲透系數、土體達西定律滲透系數、土體復值剪切模量、土體剪切模量、阻尼比和泊松比；α_k，M_k為Biot定義的樁周土第k層土體的飽和土體土顆粒、流體的壓縮性常數；分別為樁周土第k層土體的土體土顆粒、流體及土骨架的體積壓縮模量；

g為重力加速度；

為樁底土第j層的縱向位移，是樁底土第j層與虛土樁界面處的剪切應力；

H^P，r₀分別是實體樁樁長、半徑為實體樁第k層質點縱向振動位移，E^P，ρ^P分別為實體樁彈性模量和密度。