[發(fā)明專利]一種徑向非均質(zhì)飽和土中實(shí)體樁水平振動(dòng)分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910459455.2
• 申請(qǐng)日: 2019-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN110147631B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔春義;梁志孟;王本龍;辛宇;孟坤;劉海龍;趙九野
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/13;G06F111/10
• 代理公司: 大連至誠(chéng)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩(shī);馬玉戈

本發(fā)明公開了一種徑向非均質(zhì)飽和土中實(shí)體樁水平振動(dòng)分析方法，通過采用徑向非均質(zhì)飽和土體模型和Biot多孔介質(zhì)理論模型考慮了固液兩相之間的耦合作用，建立并求解了平面應(yīng)變條件下徑向非均質(zhì)飽和土體模型的樁基水平振動(dòng)響應(yīng)模型，得到了實(shí)體樁的阻抗函數(shù)。本發(fā)明采用的平面應(yīng)變假定能夠簡(jiǎn)單處理比較復(fù)雜的實(shí)際工程情況，概念清楚、理論性強(qiáng)；同時(shí)Biot多孔介質(zhì)模型考慮了固液兩相之間的耦合作用，較單相介質(zhì)更更加接近實(shí)際工況。徑向非均質(zhì)性能考慮樁周土體施工擾動(dòng)效應(yīng)，可為更為復(fù)雜的飽和土?樁動(dòng)力相互作用問題的研究提供理論指導(dǎo)和參考作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土建領(lǐng)域，更具體地，涉及一種徑向非均質(zhì)飽和土中實(shí)體樁水平振動(dòng)分析方法。

背景技術(shù)

樁-土耦合振動(dòng)特性研究是樁基抗震、防震設(shè)計(jì)及樁基動(dòng)力檢測(cè)等工程技術(shù)領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，一直以來亦是巖土工程和固體力學(xué)的熱點(diǎn)問題。

關(guān)于飽和土-樁水平耦合振動(dòng)問題的研究均基于均質(zhì)飽和土介質(zhì)模型開展，該模型把樁周土體視為均質(zhì)或縱向成層性，而在樁基施工過程中，由于擠土、松弛及其他因素的影響，在樁周不同范圍內(nèi)，土體的性質(zhì)和參數(shù)都會(huì)發(fā)生不同程度的改變，即徑向非均質(zhì)效應(yīng)。此時(shí)采用徑向非均質(zhì)飽和土體模型更為合適。此外，Biot多孔介質(zhì)理論模型考慮了固液兩相之間的耦合作用，相對(duì)于傳統(tǒng)的理想體(單相)介質(zhì)要復(fù)雜多，更具有適用性。

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，提供一種徑向非均質(zhì)飽和土中實(shí)體樁水平振動(dòng)分析方法，通過采用徑向非均質(zhì)飽和土體模型和Biot多孔介質(zhì)理論模型考慮了固液兩相之間的耦合作用，建立并求解了平面應(yīng)變條件下徑向非均質(zhì)飽和土體模型的樁基水平振動(dòng)響應(yīng)模型，得到了實(shí)體樁的阻抗函數(shù)。

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

一種徑向非均質(zhì)飽和土中實(shí)體樁水平振動(dòng)分析方法，其特征在于，包括以下步驟

S1：引入如下假定，建立平面應(yīng)變條件下徑向非均質(zhì)飽和土中實(shí)體樁受水平激勵(lì)的振動(dòng)模型：

(1)假定實(shí)體樁為線彈性均質(zhì)等截面圓形伯努利-歐拉梁模型，忽略樁體剪切變形，樁端采用固定支承；

(2)樁周土體分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，內(nèi)部區(qū)域劃分n個(gè)圈層，各圈層土體為均質(zhì)、各向同性的兩相飽和彈性介質(zhì)；

(3)樁土系統(tǒng)振動(dòng)為小變形，樁-土界面完全接觸，無脫開和滑移現(xiàn)象，且樁土接觸面不透水，各圈層土界面兩側(cè)位移連續(xù)、應(yīng)力平衡；

(4)樁基水平振動(dòng)時(shí)，樁周土體無豎向變形；

S2：基于Biot兩相介質(zhì)波動(dòng)理論，建立平面應(yīng)變條件下各圈層飽和土體的運(yùn)動(dòng)方程和樁身水平振動(dòng)基本方程；

根據(jù)步驟S1中的假定，建立樁-土系統(tǒng)邊界條件；

S3：使用拉普拉斯變換，求解步驟S2中建立的平面應(yīng)變條件下各圈層飽和土體的運(yùn)動(dòng)方程，得到實(shí)體樁的水平動(dòng)力阻抗，以對(duì)徑向非均質(zhì)飽和土中樁基的水平振動(dòng)進(jìn)行分析。

優(yōu)選地，其特征在于，所述步驟S2中，平面應(yīng)變條件下各圈層飽和土體的運(yùn)動(dòng)方程為

樁身水平振動(dòng)基本方程為

以上各式中，各符號(hào)含義如下：

j＝1～n為圈層的編號(hào)順序，與實(shí)體樁緊鄰的圈層編號(hào)為1，n為圈層總數(shù)；

r,θ為柱坐標(biāo)系的坐標(biāo)，其中柱坐標(biāo)系z(mì)軸的零點(diǎn)位于實(shí)體樁上表面圓心，z軸正方向鉛直向下，r軸方向?yàn)樗椒较颍泓c(diǎn)位于實(shí)體樁上表面圓心；