本文選題：楔形樁 + 豎向振動(dòng)理論��； 參考：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：由于楔形側(cè)面的存在,楔形樁在承受豎向荷載時(shí),樁側(cè)土不僅可以提供側(cè)摩阻力,還會(huì)給楔形側(cè)面施加一個(gè)斜向擠壓的土壓力,從而充分發(fā)揮樁與土的相互作用,是一種具有良好應(yīng)用前景的新型樁型。隨著楔形樁在工程上逐漸推廣使用,它與土體的動(dòng)力相互作用機(jī)理也逐漸引起眾多學(xué)者的關(guān)注。但由于樁土動(dòng)力相互作用問題本身的復(fù)雜特性,以及楔形樁楔形側(cè)面的特殊性會(huì)導(dǎo)致樁側(cè)土體性質(zhì)發(fā)生變化,使樁側(cè)土體形成一定范圍的擾動(dòng)圈,楔形樁與土體動(dòng)力相互作用問題顯得十分復(fù)雜。因此,開展楔形樁在豎向和扭轉(zhuǎn)動(dòng)力荷載作用下樁土耦合振動(dòng)問題的研究不僅是樁基工程自身發(fā)展的需要,同時(shí)也可以為樁基動(dòng)態(tài)測(cè)試、樁基礎(chǔ)抗震和防震設(shè)計(jì)提供更加完善的理論支撐,具有重要的理論研究?jī)r(jià)值和工程應(yīng)用意義。 本文從平面應(yīng)變理論及(粘)彈性桿件豎向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)理論出發(fā),采用解析研究方法較系統(tǒng)地建立了復(fù)雜條件下成層土中楔形樁與土體的耦合振動(dòng)理論,基于所得理論解,深入地分析了樁土參數(shù)對(duì)楔形樁豎向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性的影響機(jī)理。論文具體研究?jī)?nèi)容和成果如下： (1)考慮楔形樁的均勻變截面特性和樁側(cè)土的層狀特性,基于土體豎向振動(dòng)平面應(yīng)變假定和Rayleigh-Love桿模型,建立了樁土體系豎向耦合振動(dòng)的定解問題。采用積分變換技術(shù)和阻抗函數(shù)傳遞技術(shù),先后推導(dǎo)得到了豎向動(dòng)力荷載作用下楔形樁樁頂頻域響應(yīng)的解析解和相應(yīng)的時(shí)域響應(yīng)半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定頻率范圍內(nèi),楔形樁其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變時(shí),楔形樁樁頂動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼均會(huì)分別隨著楔角、樁長(zhǎng)、樁端截面半徑和樁身彈性縱波波速的增大而增大。在一定低頻范圍內(nèi),當(dāng)上層樁側(cè)土或下層樁側(cè)土由軟到硬變化時(shí),楔形樁樁頂動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼均會(huì)逐漸增大,且上層樁側(cè)土性質(zhì)變化對(duì)樁頂動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼的影響更為敏感。當(dāng)樁側(cè)土為上下兩層時(shí),如果某一層樁側(cè)土逐漸變軟,土層界面會(huì)出現(xiàn)同向反射,如果某一層樁側(cè)土逐漸變硬,土層界面會(huì)出現(xiàn)反向反射,從而給樁基無損檢測(cè)信號(hào)的判斷帶來一定的干擾。 (2)綜合考慮楔形樁成樁效應(yīng)引起的樁側(cè)土體施工硬化和施工軟化效應(yīng),提出豎向剪切復(fù)剛度傳遞模型來描述樁側(cè)擾動(dòng)土體的徑向非均勻特性,建立了考慮成樁效應(yīng)時(shí)樁土系統(tǒng)豎向耦合振動(dòng)的定解問題。通過豎向剪切復(fù)剛度傳遞方法求得了樁側(cè)土作用在樁身的豎向剪切復(fù)剛度的解析式,進(jìn)一步,結(jié)合積分變換技術(shù)和阻抗函數(shù)傳遞技術(shù),先后推導(dǎo)得到了考慮成樁擾動(dòng)效應(yīng)時(shí)楔形樁樁頂頻域響應(yīng)解析解和相應(yīng)的時(shí)域響應(yīng)半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定頻率范圍內(nèi),可以在一定徑向范圍內(nèi)加固樁側(cè)土來增強(qiáng)樁土系統(tǒng)抵抗豎向變形和豎向振動(dòng)的能力。如果成樁效應(yīng)引起樁側(cè)土體的施工軟化,則會(huì)導(dǎo)致樁土系統(tǒng)抵抗豎向變形和豎向振動(dòng)的能力減弱。樁頂速度頻域響應(yīng)曲線共振峰的幅值會(huì)隨看擾動(dòng)十體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著擾動(dòng)土體軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。樁頂速度時(shí)域響應(yīng)曲線一次樁尖反射信號(hào)幅值會(huì)隨著內(nèi)部區(qū)域硬化土體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著內(nèi)部區(qū)域軟化土體的軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。 (3)基于微分思想將楔形樁沿豎向離散為一系列的微元段,對(duì)樁側(cè)土采用平面應(yīng)變模型,對(duì)楔形樁采用彈性桿件扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型,建立了楔形樁與樁側(cè)土耦合扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的定解問題。采用阻抗函數(shù)傳遞方法,通過嚴(yán)格求解得到了扭轉(zhuǎn)激振作用下頻域內(nèi)楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)復(fù)剛度和樁頂角速度響應(yīng)的解析解和相應(yīng)的時(shí)域內(nèi)樁頂角速度響應(yīng)的半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定低頻范圍內(nèi),隨著楔角、樁長(zhǎng)、樁端截面半徑和樁身剪切波速的增大,楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼均逐漸增大。當(dāng)樁側(cè)土具有軟弱夾層或堅(jiān)硬夾層時(shí),樁頂角速度頻域響應(yīng)曲線會(huì)出現(xiàn)大峰夾小峰的振蕩現(xiàn)象,且軟弱土夾層性質(zhì)越差時(shí),共振峰幅值會(huì)越大,堅(jiān)硬土夾層性質(zhì)越好時(shí),共振峰幅值會(huì)越小。當(dāng)樁側(cè)土存在軟弱夾層時(shí),樁頂角速度時(shí)域響應(yīng)曲線相應(yīng)位置處會(huì)出現(xiàn)類似于縮頸的反射信號(hào),當(dāng)樁側(cè)土存在堅(jiān)硬夾層時(shí),樁頂角速度時(shí)域響應(yīng)曲線相應(yīng)位置處會(huì)出現(xiàn)類似于擴(kuò)頸的反射信號(hào)。 (4)采用環(huán)向剪切復(fù)剛度傳遞模型來描述樁側(cè)擾動(dòng)土體的徑向非均勻特性,建立.了考慮成樁效應(yīng)時(shí)楔形樁扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的定解問題。采用環(huán)向剪切復(fù)剛度傳遞方法和阻抗函數(shù)遞推方法,通過嚴(yán)格推導(dǎo)得到了頻域內(nèi)楔形樁樁頂角速度響應(yīng)的解析解和時(shí)域內(nèi)樁頂角速度響應(yīng)的半解析解。由參數(shù)分析法的結(jié)果可知,在一定低頻范圍內(nèi),楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼均會(huì)隨著擾動(dòng)土體硬化范圍和硬化程度的增大而有一定程度的增大。隨著擾動(dòng)土體軟化范圍和軟化程度的增大,楔形樁樁頂扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼均有一定程度的減小。(?)形樁樁頂角速度頻域響應(yīng)曲線共振峰的幅值隨著擾動(dòng)土體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著擾動(dòng)土體軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。楔形樁樁頂角速度時(shí)域響應(yīng)曲線一次樁尖反射信號(hào)的幅值隨著擾動(dòng)土體硬化范圍和硬化程度的增大而逐漸減小,隨著擾動(dòng)土體軟化范圍和軟化程度的增大而逐漸增大。 (5)當(dāng)楔形樁樁身存在變截面或變模量樁段時(shí),樁頂(角)速度頻域響應(yīng)曲線和樁頂(角)速度時(shí)域響應(yīng)曲線均會(huì)與正常楔形樁存在較大的差異,在楔形樁成樁質(zhì)量分析盯需仔細(xì)考慮變截面或變模量樁段的影響。 (6)綜合來說,利用樁土系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)理論得到的樁頂角速度頻域響應(yīng)曲線和時(shí)域響應(yīng)曲線變化規(guī)律與利用樁土系統(tǒng)豎向振動(dòng)理論得到的樁頂速度頻域響應(yīng)曲線和時(shí)域響應(yīng)曲線變化規(guī)律一致,只是變化的幅度會(huì)相對(duì)較小。因此,利用樁土系統(tǒng)豎向振動(dòng)理論作為樁基無損檢測(cè)的理論依據(jù)更為可靠。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU473.1

【參考文獻(xiàn)】

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