非飽和土中樁的動力響應(yīng)與循環(huán)荷載試驗研究.pdf

1、樁的動力響應(yīng)研究是樁支承建筑物抗震設(shè)計和樁基完整性檢測的理論基礎(chǔ)。由于問題的復(fù)雜性，已往研究大多將樁側(cè)土簡化為單相或飽和兩相彈性介質(zhì)。眾所周知，工程環(huán)境所處的近地表土層往往處于非飽和狀態(tài)，為固、液、氣三相的多孔介質(zhì)材料。因此，本文在非飽和土動力學(xué)最新研究成果的基礎(chǔ)上，基于三相多孔介質(zhì)波動方程，充分考慮各相材料間的慣性和粘性耦合效應(yīng)以及毛細(xì)壓力作用，通過理論分析和模型試驗對非飽和土-樁動力相互作用問題，非飽和土彈性半空間中埋置振源時的基本

2、解以及樁的長期荷載循環(huán)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)針對半空間埋置振源下的三維Lamb問題，運用方位角的Fourier級數(shù)展開和徑向Hankel變換技術(shù)，直接對頻域內(nèi)的非飽和土波動方程進(jìn)行求解，并結(jié)合地基表面的邊界條件以及荷載作用面上的連續(xù)性條件，求得了非飽和均質(zhì)彈性半空間內(nèi)部作用任意振源時的動力Green函數(shù)，退化到飽和土中的解與已有文獻(xiàn)的結(jié)果相吻合。
　　(2)考慮基質(zhì)吸力對土體動剪切模

3、量的影響，建立了豎向簡諧振動作用下非飽和土和單樁耦合動力響應(yīng)模型，求解了軸對稱條件下非飽和土體的動力控制方程和基樁的一維波動方程，根據(jù)樁土界面銜接條件以及樁端不同支承形式，給出了嵌巖樁和非端承樁的樁頂復(fù)動剛度、速度導(dǎo)納以及土層阻抗在頻域內(nèi)的解答。
　　(3)通過Helmholtz矢量分解及分離變量法解耦波動方程，并將樁等效為能考慮其剪切變形的Timoshenko桿件，采用Novak三維連續(xù)介質(zhì)模型對非飽和土中端承樁的穩(wěn)態(tài)水平振動進(jìn)

4、行了研究;同時利用半空間水平動力Green函數(shù)，建立了非飽和土中水平受荷單樁的Fredholm積分方程，得到了單樁動力阻抗的封閉形式解答，考察了樁身位移、彎矩和剪力沿深度的分布規(guī)律。
　　(4)在Novak平面應(yīng)變模型的基礎(chǔ)上，利用散射域中的水平位移衰減函數(shù)，通過位移場的疊加考慮樁-樁間的波動干擾和群樁效應(yīng)，推導(dǎo)了水平穩(wěn)態(tài)諧振下非飽和土中單樁及群樁基礎(chǔ)的阻抗函數(shù)以及各單樁分擔(dān)的荷載，并討論了飽和度、頻率和樁間距等參數(shù)對基礎(chǔ)振動特性

5、的影響。
　　(5)推導(dǎo)了兩種不混溶流體飽和多孔介質(zhì)中Rayleigh波的彌散特征方程，討論了波速、自由場位移分布及粒子運動軌跡，隨后在求得非飽和土半空間自由波場解的基礎(chǔ)上，采用Winkler地基梁模型，考慮上部結(jié)構(gòu)慣性力的作用，對頻域內(nèi)全埋入單樁和部分埋入單樁在Rayleigh波作用下的橫向動力響應(yīng)進(jìn)行了研究，分析了飽和度、軸向荷載和自由段樁長等因素與樁的地震反應(yīng)之間的相互影響關(guān)系。
　　(6)通過開展紅黏土中單樁軸向循環(huán)