[发明专利]一种基于虚土桩模型的饱和层状土中桩基纵向振动研究方法有效
申请号: | 201811217886.X | 申请日: | 2018-10-18 |
公开(公告)号: | CN109344526B | 公开(公告)日: | 2022-09-23 |
发明(设计)人: | 崔春义;孟坤;许成顺;梁志孟;刘海龙 | 申请(专利权)人: | 大连海事大学 |
主分类号: | G06F30/20 | 分类号: | G06F30/20 |
代理公司: | 大连东方专利代理有限责任公司 21212 | 代理人: | 李馨 |
地址: | 116026 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 虚土桩 模型 饱和 层状 桩基 纵向 振动 研究 方法 | ||
本发明提供一种基于虚土桩模型的饱和层状土中桩基纵向振动研究方法。本发明方法基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动动力阻抗算法系统,其采用的饱和虚土桩模型,能考虑桩周及桩底土体的饱和特性,且能合理考虑桩底土厚度等因素对桩基纵向振动特性的影响,适用于饱和土中浮承桩纵向振动特性研究,可为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。
技术领域
本发明涉及土建技术领域,具体而言,尤其涉及一种基于虚土桩模型的饱和层状土中桩基纵向振动研究方法。
背景技术
目前,针对浮承桩情况的问题,已有研究大多将桩底土简化为Winkler模型,其弹簧和阻尼器系数通常按经验取值,无法合理考虑桩底土体波动效应的影响。为解决此类问题,一些学者将桩底土考虑为单相或饱和弹性半空间介质,计算得出桩底复阻抗函数表达式,并对浮承桩纵向振动特性进行了分析。然而,弹性半空间模型虽可考虑桩底土波动效应,但其只适用于基岩埋深较大情况,且无法考虑桩底土厚度及成层特性对桩基纵向振动特性的影响。基于此点考虑,提出了桩与桩底土完全耦合单相介质虚土桩模型。而单相虚土桩模型均假定桩底土体为单相介质,未考虑桩底土饱和两相介质性,这对于饱和土中浮承桩基纵向振动问题并不适用。
发明内容
根据上述提出的技术问题,而提供一种基于虚土桩模型的饱和层状土中桩基纵向振动研究方法。
本发明采用的技术手段如下:
一种基于虚土桩模型的饱和层状土中桩基纵向振动研究方法,包括以下步骤:
S1、构建基于平面应变法及桩底饱和虚土桩模型的饱和土-桩-饱和虚土桩耦合体系纵向振动力学简化模型;
S2、将桩-土耦合振动系统按土体沿纵向分成m层,其中桩底土分成n层,假定桩周和桩底每层土都为均质、各向同性的饱和线黏弹性介质,根据Biot动力波动理论,建立第j层饱和土体和第k层饱和土体的平面应变条件下饱和土层动力控制方程及实体桩与饱和虚土桩界面处的边界条件和桩-土耦合条件;
S3、将第j层饱和土体和第k层饱和土体的谐和激振作用下饱和土层质点位移方程代入所述饱和土层动力学控制方程中,求解桩底第j层饱和土体土骨架径向位移和桩周第k层饱和土体土骨架径向位移,
基于求解的径向位移求解出桩底土与饱和虚土桩界面处、桩周土与实体桩界面处剪应力,通过饱和虚土桩边界条件和各层桩界面处位移连续、力的平衡条件及阻抗函数传递公式,对实体桩桩顶动力阻抗函数进行求解;
S4、由桩顶位移阻抗函数求得桩顶位移频率响应函数,求得桩顶速度频率响应函数、单位脉冲激励作用下桩顶速度时域响应,进而求得桩顶时域速度响应函数,
基于求得的所述桩顶速度频率响应函数和桩顶时域速度响应函数对桩身振动特性及桩身完整性进行评判。
进一步地,所述步骤S2假定条件还包括:
桩底各层土体为渗透性较差的饱和粘土;
桩周土和桩底土为一系列相互独立的薄层,不考虑土层间的相互作用;
实体桩为均质等截面弹性体,桩身相邻层之间满足力平衡和位移连续条件;
饱和虚土桩为等截面饱和两相介质,饱和虚土桩相邻层之间满足力平衡和位移连续条件,其与实体桩界面位移连续、应力平衡;
桩-土耦合振动系统满足线弹性和小变形条件,桩土界面完全接触,不存在滑移和脱离。
进一步地,所述步骤S2具体为:
S21、根据Biot动力波动理论,建立平面应变条件下饱和土层动力学控制方程为:
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