[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

本發明公開了一種徑向非均質飽和土中管樁水平振動分析方法，通過采用徑向非均質飽和土體模型和Biot多孔介質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變條件下徑向非均質飽和土體模型的樁基水平振動響應模型，得到了管樁的阻抗函數。本發明采用的平面應變假定能夠簡單處理比較復雜的實際工程情況，概念清楚、理論性強；同時Biot多孔介質模型考慮了固液兩相之間的耦合作用，較單相介質更更加接近實際工況。徑向非均質性能考慮樁周土體施工擾動效應，可為更為復雜的飽和土?樁動力相互作用問題的研究提供理論指導和參考作用。

技術領域

本發明涉及土建領域，更具體地，涉及一種徑向非均質飽和土中管樁水平振動分析方法。

背景技術

樁-土耦合振動特性研究是樁基抗震、防震設計及樁基動力檢測等工程技術領域的理論基礎，一直以來亦是巖土工程和固體力學的熱點問題。

關于飽和土-樁水平耦合振動問題的研究均基于均質飽和土介質模型開展，該模型把樁周土體視為均質或縱向成層性，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，土體的性質和參數都會發生不同程度的改變，即徑向非均質效應。此時采用徑向非均質飽和土體模型更為合適，同時考慮樁芯土體對管樁水平振動的影響。此外，Biot多孔介質理論模型考慮了固液兩相之間的耦合作用，相對于傳統的理想體(單相)介質要復雜多，更具有適用性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種徑向非均質飽和土中管樁水平振動分析方法，通過采用徑向非均質飽和土體模型和Biot多孔介質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變條件下徑向非均質飽和土體模型的管樁水平振動響應模型，得到了管樁的阻抗函數。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

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。

優選地，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：