[发明专利]一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法

权利要求书

1.一种横向惯性效应双向非均质土中管桩纵向振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤

S1：求解域划分；将大直径管桩-土体耦合振动系统沿纵向由地基土层界面及桩身缺陷截面分成m段，将桩长为H的管桩自桩身底部由下往上依次编号为1,2，…,i,…,m层段，各层段厚度分别为l₁,l₂，…,l_i,…,l_m，各层段顶部埋深分别为h₁,h₂，…,h_i,…,h_m；

将纵向第i层段的桩周土体沿径向方向划分为内部扰动区域和外部区域，桩周土体内部扰动区域径向厚度为b_i，并将内部扰动区域沿径向划分n个圈层，第j-1个圈层与第j圈层的界面处半径为r_ij，特别地，内部区域和外部区域界面处的半径为r_i(n+1)；

S2：引入如下假定，建立平面应变条件下双向非均质黏性阻尼土中管桩受纵向激励的振动模型：

(1)大直径管桩第i段桩身等效为线弹性均质圆形等截面Rayleigh-Love杆件，桩体底部为黏弹性支承，桩身相邻层段之间满足力平衡和位移连续条件；

(2)第i层段桩周土体内部扰动区域沿径向所划分的n个圈层和桩芯土体都为均质、各向同性黏弹性体，外部区域为径向半无限均匀黏弹性介质；

(3)管桩-土体耦合振动系统满足线弹性和小变形条件；

(4)在各层段中，桩周土、桩芯土与管桩内外桩壁土界面上产生的剪应力分别通过各自桩土界面剪切复刚度传递给桩身，桩-土之间完全接触；

S3：建立平面应变条件下双向非均质土中桩周土的第i层段第j圈层土体运动方程桩周土运动方程、桩芯土的第i层段运动方程和桩身的第i层段纵向振动基本方程；

根据步骤S2中的假定，建立桩-土系统边界条件；

S4：使用拉普拉斯变换，求解步骤S3中建立的各运动方程，得到桩周土体的剪切刚度和任意激振力p(t)作用下的桩顶速度时域响应，以对双向非均质土中管桩的纵向振动进行分析。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，平面应变条件下双向非均质土中桩周土的第i层段第j圈层土体运动方程桩周土运动方程为

桩芯土的第i层段运动方程为

桩身的第i层段纵向振动基本方程为

以上各式中，各符号含义如下：

i＝1～n为圈层的编号顺序，与管桩紧邻的圈层编号为1，n为圈层总数；

j＝1～m是层段的编号顺序，最下端的层段编号为1，m是层段总数；

r,θ,z为柱坐标系的坐标，其中柱坐标系z轴的零点位于管桩上表面圆心，z轴正方向铅直向下，r轴方向为水平方向，零点位于管桩上表面圆心；

r_i1是第i层段管桩外径，r_i0是第i层段管桩内径；

t为时间；

为第i层段内部区域桩周第j圈层土体的土体位移，为第i层段桩芯土的土体位移，是第i层段桩身纵向位移；

分别为第i层段内部区域桩周第j圈层土体的剪切模量、密度和黏性阻尼系数，分别为第i层段桩芯土土体的剪切模量、密度和黏性阻尼系数，ρ_i^p，E_i^p，A_i^p,m_i^p分别是第i层段的桩身密度、弹性模量、横截面积和管桩的单位长度质量；

分别是第i层段的桩芯土和第i层段的桩周土对第i层段的桩身产生的切应力，p(t)为桩顶作用任意激振力。