[发明专利]一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法

说明书

本发明提供一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法。本发明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同时考虑桩周、桩底土体饱和特性及桩底土体的波动效应，能适用饱和土中浮承桩纵向振动问题，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，尤其涉及一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法。

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，而提供一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法。本发明考虑桩周及桩底土体的饱和特性，合理考虑桩底土厚度等因素对桩基纵向振动特性的影响，从而起到适用于饱和土中浮承桩纵向振动特性研究，为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，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纵向振动力学简化模型；

S2、在不考虑土层间相互作用的假定条件下，桩周土和桩底土作为一系列相互独立的薄层，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和实体桩桩顶、饱和虚土桩桩底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，求解饱和土纵向位移解，

基于饱和土纵向位移解，通过桩底土与饱和虚土桩、桩周土与实体桩界面耦合条件，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，所述假定条件还包括：

桩周和桩底土都为均质、各向同性的饱和线黏弹性介质，桩底土体为渗透性较差的饱和粘土；

实体桩为均质等截面弹性体，饱和虚土桩为均质等截面饱和两相介质，其与实体桩界面位移连续、应力平衡；

桩-土体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：