飽和非均質(zhì)土中樁土耦合扭轉(zhuǎn)振動(dòng)理論研究.pdf

1、本文基于飽和兩相介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系及波動(dòng)方程，將樁視為一維彈性桿件，采用解析的方法對彈性樁與非均質(zhì)飽和土的動(dòng)力扭轉(zhuǎn)相互作用問題進(jìn)行了較系統(tǒng)和深入的研究。主要工作和創(chuàng)新成果包括： 1.針對受諧和扭轉(zhuǎn)荷載作用的飽和土體中端承樁扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問題，采用分離變量法，得到了土體扭轉(zhuǎn)振動(dòng)位移形式解。進(jìn)一步根據(jù)樁土接觸面上的位移、應(yīng)力連續(xù)條件，求解了樁身動(dòng)力平衡方程，在頻域內(nèi)得到了樁頂動(dòng)力響應(yīng)的解析解。在此基礎(chǔ)上，利用傅立葉逆變換和卷積定理，求得了適用

2、性較廣的半正弦脈沖激振扭矩作用下樁頂速度時(shí)域響應(yīng)的半解析解。此外，還研究了諧和扭轉(zhuǎn)荷載作用下彈性支承樁與飽和土的動(dòng)力相互作用問題。 2.基于飽和土體的運(yùn)動(dòng)方程以及橫觀各向同性介質(zhì)的本構(gòu)方程，給出了柱坐標(biāo)下橫觀各向同性飽和土體的動(dòng)力控制方程。采用分離變量法，結(jié)合樁土系統(tǒng)的邊界條件和銜接條件，求得了端承樁在橫觀各向同性飽和土中扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻域響應(yīng)的解析解。進(jìn)一步地利用傅立葉逆變換和卷積定理，求得了半正弦脈沖激振扭矩作用下樁頂速度時(shí)域響應(yīng)

3、的半解析解。 3.研究了成層飽和土體中受諧和扭轉(zhuǎn)荷載作用的任意段變阻抗樁的動(dòng)力響應(yīng)問題，提出了土層層間相互作用簡化模型，利用單層土中給出的求解方法，通過阻抗函數(shù)的遞推得到了成層飽和土中任意段變阻抗樁樁頂頻域響應(yīng)的解析解和半正弦脈沖激振扭矩作用下樁頂速度時(shí)域響應(yīng)的半解析解，并通過與單層嚴(yán)格解的對比論證了該簡化模型的精確性和適用性。 4.研究了徑向非均勻飽和土體中彈性支承樁受諧和扭轉(zhuǎn)荷載作用的動(dòng)力響應(yīng)問題，利用徑向非均勻土模

4、型，將樁周徑向非均勻土體分為內(nèi)部環(huán)形擾動(dòng)區(qū)域和外部半無限大未受擾動(dòng)區(qū)域，并提出了適用性更強(qiáng)的擾動(dòng)區(qū)域土體復(fù)剪切模量變化模式。進(jìn)一步地將內(nèi)部擾動(dòng)區(qū)域劃分為很多薄層同心環(huán)區(qū)域，結(jié)合土層邊界和銜接條件采用土層剪切剛度遞推的方法，求得了土體對樁身的扭轉(zhuǎn)阻抗，進(jìn)而推導(dǎo)得到彈性支承樁樁頂頻域響應(yīng)的解析解以及樁頂速度時(shí)域響應(yīng)的半解析解。 5.利用以上解，通過編程和大量計(jì)算，對樁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性進(jìn)行了較全面和細(xì)致的分析，獲得了對樁基工程有實(shí)際參考