【技术实现步骤摘要】
一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法
本专利技术涉及土建
，具体而言，尤其涉及一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法。
技术介绍
目前，针对浮承桩情况的问题，已有研究大多将桩底土简化为Winkler模型，其弹簧和阻尼器系数通常按经验取值，无法合理考虑桩底土体波动效应的影响。为解决此类问题，一些学者将桩底土考虑为单相或饱和弹性半空间介质，计算得出桩底复阻抗函数表达式，并对浮承桩纵向振动特性进行了分析。然而，弹性半空间模型虽可考虑桩底土波动效应，但其只适用于基岩埋深较大情况，且无法考虑桩底土厚度及成层特性对桩基纵向振动特性的影响。基于此点考虑，提出了桩与桩底土完全耦合单相介质虚土桩模型。而单相虚土桩模型均假定桩底土体为单相介质，未考虑桩底土饱和两相介质性，这对于饱和土中浮承桩基纵向振动问题并不适用。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法。本专利技术考虑桩周及桩底土体的饱和特性，合理考虑桩底土厚度等因素对桩基纵向振动特性的影响，从而起到适用于饱和土中浮承桩纵向振动特性研究，为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，包括以下步骤：S1、构建基于平面应变法及桩底饱和虚土桩模型的纵向振动力学简化模型；S2、在不考虑土层间相互作用的假定条件下，桩周土和桩底土作为一系列相互独立的薄层，根据Biot动力波动理论，建立平面应变条件下饱和...
【技术保护点】
1.一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构建基于平面应变法及桩底饱和虚土桩模型的纵向振动力学简化模型；/nS2、在不考虑土层间相互作用的假定条件下，桩周土和桩底土作为一系列相互独立的薄层，根据Biot动力波动理论，建立平面应变条件下饱和土层动力学控制方程和实体桩桩顶、饱和虚土桩桩底及实体桩与饱和虚土桩界面处的边界条件和桩-土耦合条件；/nS3、将谐和激振作用下饱和土层质点位移方程代入所述饱和土层动力学控制方程中，求解饱和土纵向位移解，/n基于饱和土纵向位移解，通过桩底土与饱和虚土桩、桩周土与实体桩界面耦合条件，对实体桩桩顶动力阻抗函数进行求解；/nS4、由桩顶位移阻抗函数求得桩顶位移频率响应函数，求得桩顶速度频率响应函数、单位脉冲激励作用下桩顶速度时域响应，进而求得桩顶时域速度响应函数，/n基于求得的所述桩顶速度频率响应函数和桩顶时域速度响应函数对桩身振动特性及桩身完整性进行评判。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建基于平面应变法及桩底饱和虚土桩模型的纵向振动力学简化模型；
S2、在不考虑土层间相互作用的假定条件下，桩周土和桩底土作为一系列相互独立的薄层，根据Biot动力波动理论，建立平面应变条件下饱和土层动力学控制方程和实体桩桩顶、饱和虚土桩桩底及实体桩与饱和虚土桩界面处的边界条件和桩-土耦合条件；
S3、将谐和激振作用下饱和土层质点位移方程代入所述饱和土层动力学控制方程中，求解饱和土纵向位移解，
基于饱和土纵向位移解，通过桩底土与饱和虚土桩、桩周土与实体桩界面耦合条件，对实体桩桩顶动力阻抗函数进行求解；
S4、由桩顶位移阻抗函数求得桩顶位移频率响应函数，求得桩顶速度频率响应函数、单位脉冲激励作用下桩顶速度时域响应，进而求得桩顶时域速度响应函数，
基于求得的所述桩顶速度频率响应函数和桩顶时域速度响应函数对桩身振动特性及桩身完整性进行评判。
2.根据权利要求1所述的基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，其特征在于，所述假定条件还包括：
桩周和桩底土都为均质、各向同性的饱和线黏弹性介质，桩底土体为渗透性较差的饱和粘土；
实体桩为均质等截面弹性体，饱和虚土桩为均质等截面饱和两相介质，其与实体桩界面位移连续、应力平衡；
桩-土体耦合振动系统满足线弹性和小变形条件，桩土界面完全接触，不存在滑移和脱离。
3.根据权利要求1所述的基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21、根据Biot动力波动理论，建立平面应变条件下饱和土层动力学控制方程为：
其中，uj、wj分别为土骨架纵向位移和流体相对于土骨架纵向位移，为饱和土体密度，和nj分别为流体密度、土颗粒密度、孔隙率，bj＝ηj/kj为土骨架与孔隙流体的粘性耦合系数，ηj为流体粘滞系数，为Biot定义的动力渗透系数，为土体达西定律渗透系数，g为重力加速度，Gj、ξj分别为土体剪切模量和阻尼比，j＝1、2，j＝1时对应桩底土参数，j＝2时对应桩周土参数；
S22、基于Biot动力波动理论得出渗透性较差时饱和土体一维纵向振动控制方程为：
其中，usp为饱和虚土桩纵向位移，λ1为桩底土拉梅常数，λ1＝2ν1G1/(1-2ν1)，ν1为桩底土泊松比，α1、M1为土颗粒及流体压缩性的常数，分别为桩底土土颗粒、流体及土骨架的体积压缩模量，
S23、将桩底土在饱和虚土桩界面处的剪切应力代入式(2)可得饱和虚土桩纵向振动控制方程为：
其中，ω为激振圆频率，表示虚数单位，表示桩底土与饱和虚土桩界面处土体剪应力，为剪应力幅值，Ap表示实体桩的横截面面积，r0表示实体桩半径，
取桩身微元体作动力平衡分析可得实体桩纵向振动控制方程为：
其中，up为实体桩质点纵向振动位移，Ep、ρp分别为实体桩弹性模量和密度，表示桩周土与实体桩界面处土体剪应力，为剪应力幅值。
4.根据权利要求3所述的基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，饱和土-桩-饱和虚土桩体系边界条件如下：
饱和土体：
径向无穷远处位移为零，即
uj(∞,t)＝0(5)
实体桩桩顶、饱和虚土桩桩底及实体桩与饱和虚土桩界面处的边界条件：
实体桩桩顶平衡条件：
饱和虚土桩桩底纵向位移：
usp|z＝H＝0(6b)
实体桩与饱和虚土桩位移连续条件：
实体桩与饱...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔春义，孟坤，许成顺，梁志孟，刘海龙，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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