原创《饱和黏弹性半空间中摩擦桩竖向振动》：本论文为免费优秀的关于黏弹性论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
摘 要：为深入了解饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向振动特性,基于Boer多孔介质理论,考虑激振频率对摩擦桩桩底土体动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解并验证了其合理性.进一步通过参数化对 析探讨了桩基埋深比和土体渗透系数对所得竖向动力阻抗和桩顶速度时域响应的影响规律.解析推导得出的对应竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,丰富了桩基动力学的理论,可为相关工程实践提供参考和理论支持.
关键词：摩擦桩；竖向振动；饱和黏弹性半空间；Boer多孔介质理论
中图分类号：TU435 文献标志码：A 文章编号：1674-4764（2015）02-0028-06
摩擦桩是一种广泛应用的桩基础形式,由于桩周土层多为固液两相耦合的饱和多孔介质,因此,饱和地基中摩擦桩振动问题一直以来都是学术界和工程界的研究热点[1-9].目前,诸多学者已围绕饱和地基中摩擦桩振动问题进行了研究,并取得了较为丰富的成果.李强等[10-11]在三维轴对称条件下,通过求解Biot动力固结方程,得出单层饱和弹性土阻抗因子解析公式和摩擦桩竖向振动解,并对桩周剪应力分布、桩顶频率和时域响应进行了参数化分析,同时探讨了渗透力、土层厚度、土层底部反力系数、桩土模量比对土层阻抗的影响.王桂敏等[12]通过建立单层弹性饱和土中桩竖向振动简化模型,基于Biot理论和一维杆件理论,得出了桩土耦合振动频域解析解,并分析了桩竖向振动特性的主要影响因素.程泽海等[13]考虑沉桩过程中桩周土受到扰动产生的软化和硬化现象,建立了饱和弹性地基中径向分区桩竖向振动简化模型,得到了桩竖向振动频域解析解和时域半解析解.丁选明等[14]建立了轴对称饱和地基中现浇薄壁管桩纵向振动简化模型,分析了桩周土和桩芯土阻尼系数对桩顶速度导纳和动力阻抗的影响.上述已有研究成果均是基于Biot动力控制方程展开,但Edelman等[15]指出了Biot动力控制方程中质量守恒方程和动量守恒方程存在一定局限性和不足,认为Biot理论本质上是一种工程描述方法.在此基础上,Boer等人[16-17]提出了同时满足质量守恒定律和热动力学定律等物理公理的多孔介质理论,相比Biot理论其推导更加严密,且合理性和准确性已在相关研究中得到验证[15-17].而后,刘林超等[18]基于Boer多孔介质理论采用势函数法研究了饱和土中端承桩的竖向耦合振动问题.此外,在前述关于摩擦桩的研究成果中所采用的桩底土层动刚度均是常数,并未考虑土层动刚度随激振频率的变化关系,而文献[19-20]通过研究表明激振频率对基底土层动刚度具有显著影响.
崔春义,等：饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动
为此,本文将基于Boer多孔介质动力控制方程,考虑激振频率对摩擦桩桩底土层动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解相关方程组得出饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗公式,进而通过Fourier逆变换得到半正弦脉冲波作用下桩顶的速度时域响应解,在此基础上进一步分析激振频率、桩基础埋深、饱和土渗透系数对摩擦桩竖向振动特性的影响规律.
崔春义,等：饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动
1 饱和黏弹性半空间中摩擦单桩桩顶竖向动力阻抗及速度时域响应推导和求解
基于Boer[16-17]理论,饱和黏弹性地基土体的动力控制方程为
根据饱和黏弹性半空间地基无限远处位移为零的边界条件可知A等于0.另外,在桩土接触面处位移满足
2 数值算例分析
为了验证本文所推导饱和黏弹性半空间中摩擦桩竖向动力阻抗因子模型的正确性,将本文结果退化为桩底为刚性基岩支承时的解和文献[22]中相应端承桩解随无量纲激振频率a0的变化曲线进行了比较分析,如图2所示.从图中可以看出,本文和文献[22]中对应动力阻抗因子曲线吻合较好,从而在一定程度上反映了本文所推导计算模型的合理性和正确性.
图3所示为不同埋深比对应的桩顶动力阻抗及速度时域响应随激振频率的变化情况.由图可见,激振频率对桩顶动力阻抗有显著影响.随着激振频率的增大,动力阻抗实部曲线随激振频率呈现波动变化,且埋深比越大,此波动变化的变异性越强.相应地,动力阻抗虚部绝对值基本随激振频率呈增大趋势.其对应的埋深比越小,波动变化变异性越明显.从桩顶速度时域响应变化曲线可以看出,桩基在振动过程中伴随着应力波反射现象,且桩基埋深比越大,相应的波反射现象出现时间越滞后,且二次反射幅值显著减小,反映了振动在传播过程中伴随着的能量耗散现象.
图4所示为不同地基土渗透系数对应的桩顶动力阻抗及速度时域响应随激振频率的变化情况.由图可见,渗透系数变化对桩顶动力阻抗实部及虚部随激振频率变化曲线的影响均很小,仅在高频阶段,实部曲线波动极值随渗透系数的增大而略有小幅增大.另外,地基土渗透系数变化对桩顶速度响应随无量纲时间的变化曲线基本上没有影响.
3 结论
基于Boer多孔介质理论,考虑了激振频率对摩擦桩桩底土层动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,求解验证得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,通过进一步计算分析表明：
1）随着激振频率的增大,桩顶动力阻抗实部曲线随激振频率呈现波动变化,且埋深比越大,此波动变化的变异性越强.动力阻抗虚部绝对值基本随激振频率呈增大趋势,且埋深比越小,波动变化变异性越明显,同时应力波反射现象也越显著.
2）地基土渗透系数变化对桩顶动力阻抗实部及虚部随激振频率变化曲线的影响均很小,仅在高频阶段,实部曲线波动极值随渗透系数的增大而略有小幅增大；而渗透系数变化对桩顶速度时域响应曲线基本上没有影响.
黏弹性论文参考资料：
结论：饱和黏弹性半空间中摩擦桩竖向振动为关于本文可作为相关专业黏弹性论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文黏弹性名词解释论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
