非飽和土中樁的動(dòng)力響應(yīng)與循環(huán)荷載試驗(yàn)研究.pdf

1、樁的動(dòng)力響應(yīng)研究是樁支承建筑物抗震設(shè)計(jì)和樁基完整性檢測(cè)的理論基礎(chǔ)。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，已往研究大多將樁側(cè)土簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(guò)理論分析和模型試驗(yàn)對(duì)非飽和土-樁動(dòng)力相互作用問(wèn)題，非飽和土彈性半空間中埋置振源時(shí)的基本

2、解以及樁的長(zhǎng)期荷載循環(huán)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)針對(duì)半空間埋置振源下的三維Lamb問(wèn)題，運(yùn)用方位角的Fourier級(jí)數(shù)展開(kāi)和徑向Hankel變換技術(shù)，直接對(duì)頻域內(nèi)的非飽和土波動(dòng)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(shí)的動(dòng)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(duì)土體動(dòng)剪切模

3、量的影響，建立了豎向簡(jiǎn)諧振動(dòng)作用下非飽和土和單樁耦合動(dòng)力響應(yīng)模型，求解了軸對(duì)稱(chēng)條件下非飽和土體的動(dòng)力控制方程和基樁的一維波動(dòng)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(dòng)剛度、速度導(dǎo)納以及土層阻抗在頻域內(nèi)的解答。
　　(3)通過(guò)Helmholtz矢量分解及分離變量法解耦波動(dòng)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(duì)非飽和土中端承樁的穩(wěn)態(tài)水平振動(dòng)進(jìn)

4、行了研究;同時(shí)利用半空間水平動(dòng)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(dòng)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(guò)位移場(chǎng)的疊加考慮樁-樁間的波動(dòng)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(duì)基礎(chǔ)振動(dòng)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(chǎng)位移分布及粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，隨后在求得非飽和土半空間自由波場(chǎng)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(duì)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(dòng)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(zhǎng)等因素與樁的地震反應(yīng)之間的相互影響關(guān)系。
　　(6)通過(guò)開(kāi)展紅黏土中單樁軸向循環(huán)