改進(jìn)的虛土樁法及其在非等截面樁縱向振動(dòng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前，國(guó)內(nèi)外研究樁與樁底土相互作用關(guān)系的模型，大多數(shù)是非連續(xù)模型，且缺乏對(duì)樁底土作用的研究。為了建立樁與樁底土的嚴(yán)格耦合關(guān)系，本文提出了一種改進(jìn)的虛土樁法。并基于該方法，分析了樁底土對(duì)單樁縱向振動(dòng)特性的影響，研究了焊縫在多級(jí)混凝土管樁完整性檢測(cè)中的作用及不同條件下靜鉆根植竹節(jié)樁這一新樁型的動(dòng)力特性。主要的工作與創(chuàng)新成果如下:
　　(1)基于地基中圓形豎向荷載下的Mindlin附加應(yīng)力，提出了考慮應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)的虛土樁法。進(jìn)一步結(jié)合平

2、面應(yīng)變模型，通過Laplace變換和卷積定理等數(shù)學(xué)方法，求得任意激振力作用下的樁體振動(dòng)頻域響應(yīng)解析解和時(shí)域響應(yīng)半解析解。通過分析樁底土體參數(shù)對(duì)樁動(dòng)力響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)土體剪切模量是決定樁底支撐剛度的重要因素，土體模量提高，將引起樁底支撐剛度和阻尼顯著增大。樁底土對(duì)樁身動(dòng)力響應(yīng)的影響存在臨界厚度，約5～7倍的樁體半徑，在此范圍內(nèi)，樁體剛度與樁底土層厚度成反比關(guān)系，阻尼與之成正比關(guān)系。
　　(2)將虛土樁法從平面應(yīng)變模型發(fā)展到軸對(duì)稱連續(xù)

3、土體模型中，考慮土體的徑向和豎向兩相位移，建立三維波動(dòng)效應(yīng)下的樁土體系縱向振動(dòng)模型。通過引入位移勢(shì)函數(shù)和Laplace變換的手段，采用分離變量法將豎向和徑向位移進(jìn)行解耦，進(jìn)而通過阻抗傳遞法求得樁體的頻域響應(yīng)，通過Laplace逆變換得到樁體的時(shí)域響應(yīng)。根據(jù)所求得的解，對(duì)比了軸對(duì)稱連續(xù)模型與平面應(yīng)變模型下虛土樁法的差異，發(fā)現(xiàn)軸對(duì)稱模型能更好地反映樁土體系的自振頻率。
　　(3)提出了混凝土管樁焊接縫的簡(jiǎn)化模型，將影響焊縫質(zhì)量的物理因

4、素轉(zhuǎn)化到等效的剛度體系中，從而實(shí)現(xiàn)了可對(duì)焊縫進(jìn)行理論擬合的目的。借助本文所提出的虛土樁法，求得多級(jí)混凝土焊接管樁樁頂?shù)膭?dòng)力響應(yīng)。經(jīng)過分析有效焊接斷面、焊接高度等參數(shù)的大小對(duì)樁頂速度響應(yīng)的影響，表明焊接深度不應(yīng)小于5mm，焊縫高度宜控制在2mm范圍內(nèi)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果表明，該簡(jiǎn)化模型能有效地反映焊縫質(zhì)量對(duì)管樁反射波信號(hào)的影響，可為樁基完整性檢測(cè)提供指導(dǎo)。
　　(4)根據(jù)靜鉆根植竹節(jié)樁的成樁機(jī)理，確立了徑向非均質(zhì)理論與虛土樁法相結(jié)合

5、的樁土動(dòng)力模型。結(jié)合系數(shù)矩陣傳遞法，求得徑向非均質(zhì)土體下竹節(jié)形根植樁的樁頂動(dòng)力響應(yīng)。分析了竹節(jié)及樁周水泥土等對(duì)樁頂動(dòng)力響應(yīng)的影響，結(jié)果表明樁體剛度與竹節(jié)密度和竹節(jié)半徑成正比，樁側(cè)水泥土的硬化程度越高，樁頂剛度越大，阻尼越小，且泥漿的水泥配合比為40％時(shí)，性價(jià)比較高。通過對(duì)工程數(shù)據(jù)的反演擬合驗(yàn)證了樁側(cè)水泥土的硬化規(guī)律。
　　完善地模擬樁與樁底土的作用關(guān)系是本文的核心，即文中提出的虛土樁法。以此來(lái)解決工程中出現(xiàn)的實(shí)際問題是本文的目的。