土层剪切刚度沿深度非线性变化的桩-土水平相互作用分析

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1、湖南大学硕士学位论文土层剪切刚度沿深度非线性变化的桩-土水平相互作用分析姓名：陈湘申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：李刚20080501硕十学位论文摘要随着我国城市建设的迅速发展，桩基凭借其自身的优点(承载力高，抗震性能好)使用日益广泛。桩基抗震性能即桩一土体系的动力特性研究受到普遍关注。本文研究剪切刚度沿深度呈非线性变化桩一土体系在水平稳态振动下的相互作用。讨论桩的长细比、激振频率、泊松比、阻尼、波速比、土层剪切刚度非线性系数卢等无量纲参数对桩一土体系动力相互作用影响规律。将土层模拟成剪切刚度沿深度呈指数分布的弹性体，利

2、用Novak平面应变理论分析方法，建立桩一土体系动力相互作用分析模型。首先通过对土层波动方程得到水平稳态振动下与频率相关的土层阻抗复函数解析解。将得到的土层阻抗函数转化为无量纲形式，讨论其涉及的诸参数对土层阻抗因子的影响，在研究中发现，在低于共振频率的区域中，振型对土层刚度影响最大，但在高频域中土层刚度则和振型无关，土层刚度趋于一个常数。土层的阻尼特性受桩的长细比影响较大。土层的阻抗的变化率随泊松比增大而增大，随桩的长细比、材料阻尼增大而减小。土层剪切刚度非线性系数卢越大对土层刚度的影响越明显，但这种现象仅限于小振型、低频率的情况

3、，随着振型、频率的增大，p的影响将变得不很明显。其次利用得到的土层阻抗结合桩的动力方程，求得桩的动刚度。通过对涉及的诸参数讨论得到以下有意义的规律。对于短桩、软土和小阻尼情况复刚度实部随频率的变化很明显；对于长桩、硬土和大阻尼情况复刚度实部随频率变化则显得平缓得多。在低于土层固有频率的区域内，材料阻尼对刚度的影响明显。在高于土层共振频率的区域内，较大的材料阻尼使得刚度随频率的增长而衰减变得更明显。在共振区卢对动刚度有明显的放大效应，但在高于共振频率的区域内不同卢对动刚度的影响差别迅速消失。而卢对动阻尼几乎没有影响。关键词：桩一土相

4、互作用；剪切刚度；非线性；水平谐和振动；土层阻抗；动刚度ⅡAbstractWiththefastdevelopmentofcityinourcountry,pilefoundationhasbeenusedwidelyforitsmerit(highbearingcapacity,wellantiseismicperformance)．Sotheresearchofpile-soilsystemdynamicperformanceattractsuniversalattention．Theinteractionbetweenthe

5、pileandthesoilwhoseshearmoduluschangeswithdepthunderhorizontalharmonicvibrationisinvestigated．Theinfluenceofdimensionlessparameterstothepile·soilsystemisdiscussed，suchaspileslendernessratio，excitationfrequency，Poisson’sratio，damping，wavevelocityratio，nonlinearcoeffici

6、ent§ofthesoillayershearmodulusandSOon．Thesoillayerissimulatedasaviscoelasticitywhoseshearmodulusisincreasingexponentiallywithdepth．BytheapplicationofthetheoreticsofNovakplaneStrain．themodelofthepile—soildynamicinteractionisbuilt．Firstly,acomplexclosedformsolutionofthe

7、soilresistancetoahorizontalharmonicvibrationcanbeobtainedbvsolvingthewaveequationofthesoil．Thesoillayerimpedancefunctionisexpressedasadimensionlessform．TheanalysisofinfluenceofparametersonthesoilIaverimpedancefactorindicatesthatthesoilstiffnessdependsmostlyonthemodenu

8、mberbelowtheresonantfrequency．Withfrequencyincreasing，theresistancefactorconvergestoaconstantindependentofthemodeofvibration