[發明專利]一種徑向非均質飽和土中管樁水平振動分析方法

有效

• 申請號: 201910459458.6
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110162908B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 崔春義;梁志孟;王本龍;辛宇;孟坤;劉海龍;趙九野
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;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: 涂文詩;馬玉戈

1.一種徑向非均質飽和土中管樁水平振動分析方法，其特征在于，包括以下步驟

S1：引入如下假定，建立平面應變條件下徑向非均質飽和土中管樁受水平激勵的振動模型：

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

(2)樁周土體分為內部區域和外部區域，內部區域劃分n個圈層，各圈層土體和樁芯土為均質、各向同性的兩相飽和彈性介質；

(3)樁土系統振動為小變形，樁-土界面完全接觸，無脫開和滑移現象，且樁土接觸面不透水，各圈層土界面兩側位移連續、應力平衡；

(4)樁基水平振動時，樁周土體和樁芯土無豎向變形；

S2：基于Biot兩相介質波動理論，建立平面應變條件下各圈層飽和土體的運動方程、樁芯土的運動方程和樁身水平振動基本方程；

根據步驟S1中的假定，建立樁-土系統邊界條件；

S3：使用拉普拉斯變換，求解步驟S2中建立的平面應變條件下各圈層飽和土體的運動方程和樁芯土的運動方程，得到管樁的水平動力阻抗，以對徑向非均質飽和土中管樁的水平振動進行分析。

2.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步驟S2中，平面應變條件下各圈層飽和土體的運動方程為

樁芯土的運動方程為

樁身水平振動基本方程為

以上各式中，各符號含義如下：

j＝1～n為圈層的編號順序，與管樁緊鄰的圈層編號為1，n為圈層總數；

r,θ為柱坐標系的坐標，其中柱坐標系z軸的零點位于管樁上表面圓心，z軸正方向鉛直向下，r軸方向為水平方向，零點位于管樁上表面圓心；

為不同的算子符號；

u_rj為第j圈層飽和土體中土骨架的徑向位移，u_θj為第j圈層飽和土體中土骨架的環向位移，w_rj為第j圈層飽和土體中流體相對于土骨架的徑向位移，w_θj為第j圈層飽和土體中流體相對于土骨架的環向位移；

u_r0為樁芯土中土骨架的徑向位移，u_θ0為樁芯土中土骨架的環向位移，w_r0為樁芯土中流體相對于土骨架的徑向位移，w_θ0為樁芯土中流體相對于土骨架的環向位移；

ρ_j＝(1-n_j)ρ_sj+n_jρ_fj為第j圈層飽和土體密度，其中ρ_fj為第j圈層飽和土體中流體密度、ρ_sj為第j圈層飽和土體中土顆粒密度、n_j為第j圈層飽和土體孔隙率；

ρ₀＝(1-n₀)ρ_s0+n₀ρ_f0為樁芯土的土體密度，其中ρ_f0為樁芯土土體中流體密度、ρ_s0為樁芯土土體中土顆粒密度、n₀為樁芯土土體孔隙率；

m_j＝ρ_j/n_j為第j圈層土骨架與孔隙流體的粘性耦合系數，b_j＝ρ_fjg/k_dj為第j圈層土體達西定律滲透系數，m₀＝ρ₀/n₀為樁芯土中土骨架與孔隙流體的粘性耦合系數，b₀＝ρ_f0g/k_d0為樁芯土土體達西定律滲透系數，g為重力加速度；

λ_j為第j圈層飽和土體的土體剪切模量、G_j為第j圈層飽和土體的拉梅常數，υ_sj為第j圈層飽和土體的泊松比；K_sj為第j圈層飽和土體中土顆粒的體積壓縮模量，K_fj為第j圈層飽和土體中流體的體積壓縮模量，K_bj＝λ_j+(2/3)×G_j為第j圈層飽和土體中土骨架的體積壓縮模量；K_dj＝K_sj[1+n_j(K_sj/K_fj-1)]；

λ₀為樁芯土的土體剪切模量、G₀為樁芯土的拉梅常數，υ_s0為樁芯土的泊松比；K_s0為樁芯土中土顆粒的體積壓縮模量，K_f0為樁芯土中流體的體積壓縮模量，K_b0＝λ₀+(2/3)×G₀為樁芯土中土骨架的體積壓縮模量；K_d0＝K_s0[1+n₀(K_s0/K_f0-1)]；

α_j＝1-K_bj/K_sj，分別是表征第j圈層飽和土體中土顆粒及流體壓縮性的常數；

α₀＝1-K_b0/K_s0，分別是表征樁芯土中土顆粒及流體壓縮性的常數；

u_p為管樁樁身水平位移；

E_p為管樁的剪切模量、I_p為管樁的慣性矩、A_p為管樁的橫截面積，m_p為管樁的單位長度質量，N₁為水平振動時軸向單位長度的樁周土對管樁樁身的橫向作用力，N₀為水平振動時軸向單位長度的樁芯土對管樁樁身的橫向作用力。