浅谈考虑土竖向波动效应的桩土纵向耦合振动理论

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1、浙江大学博士学位论文考虑土竖向波动效应的桩土纵向耦合振动理论姓名：胡昌斌申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：谢康和;王奎华20030501考虑土竖向波动效应的桩土纵向耦合振动理论摘要本文从三维轴对称土模型出发，较系统地对考虑桩周土竖向波动效应、任意桩底支承边界条件下、成层粘弹性土中完整桩及变阻抗桩与土纵向耦合振动理论及其工程应用进行了研究。主要工作包括：1、在考虑桩周土三维波动条件下，对滞回阻尼、粘性阻尼单层均质土中桩土纵向耦合振动问题进行了解析研究，分别得到桩顶位移、速度频域响应以及复网H度的严格解析表达，以及半正弦脉冲激振力作用下桩顶时域响应半解析解。基于所得解对桩土动

2、力耦合作用的内在机理、粘弹性土层动力反应特性进行了分析，并重点讨论了桩侧土不同形式材料阻尼对桩顶动力响应的影响。研究表明，对于桩顶响应，桩侧土的粘性材料阻尼呈现出与滞回阻尼明显不同的影响特点。2、对刚性支承、有限厚度土层支承和半无限空间支承三种桩底部支承情况下桩底支承复刚度和桩周土底分布支承复刚度的解析表达及其特性进行了推导论证，通过假定桩底土为与桩等截面的土柱推导求得有限厚土层支承条件下桩底支承复刚度的解析解，并据此分析了不同底部支承边界对桩顶响应的影响。3、将基于平面应变简化假定和Winkler模型的桩振动理论解与本文严格理论解对比，分析校验了平面应变简化假定和winI【le

3、r模型在桩基振动理论应用中的适用性，具体比较范围涉及土层对桩的局部复阻抗、桩顶幅频响应、速度导纳、桩顶复刚度、桩顶时域响应等方面，并得到若干重要结论。4、从三维轴对称土模型出发，对考虑桩土耦合作用、土层层间联系以及桩周土竖向应力梯度变化条件下的成层粘弹性土中完整桩及变阻抗桩系统纵向振动问题进行了研究，提出了成层土中变阻抗桩系统纵向振动问题的近似解析解法和桩周土层层间相互作用的简化而实用的数学模型，并利用拉氏变换和阻抗函数的传递性，获得了成层土中任意段变阻抗桩桩顶阻抗函数的解析表达式，以及桩顶速度导纳和时域速度响应解析解和半解析解。5、利用所得解，对成层土中完整桩、变截面、变模量桩

4、的振动特性进行了较系统的分析，并重点讨论了土层模量、桩身缺陷程度、埋身、缺陷段长度、激振频率等对桩顶复刚度、桩顶反射波曲线、导纳曲线的影响，得到了许多重要结论。6、将本文理论解与其它现有理论解及数值解进行了充分对比，讨论分析了各解法求解特点，验证了本文解的正确性和适用性。同时将本文解应用于桩基动测益线分析工作中，通过与工程实测曲线的反演拟合和正演分析，检验了本文理论解的实用性。结果表明，本文解具有良好的通用性和适用性，并可大大提高反演分析的可靠性。本文给出的桩土纵向耦合振动理论解较现有其它解理论上更严格先进，应用上更可靠实用。这不仅使桩基振动理论更为完善，也为桩基抗震、防震设计以

5、及桩基动测提供了全新的理论支持。关键词：成层土；粘弹性；纵向振动：桩土耦合作用；时域：频域；三维轴对称；定量化：缺陷桩；复刚度；导纳；反射波；阻抗函数(基金项目：国家自然科学基金资助项目批准号50279047)STUDYoNSOIL—PILEINTERACTl0NINLONGITUDINALVIBRATIONCONSIDERⅡ、丁GVERTICALⅥ‘wEEFFECT0FSOILABSTRACTOnthebasisofthree·dimensionalaxiallysymmetricalsoilmodelandtakingconsiderationofverticalwaveef

6、fectofsoillayer,theinteractionbetweenvisco—elasticlayeredsoilandanintegralpileoramulti-defectivepilewi廿1arbitrarybosomboundariesanditsengineeringapplicationissystematicallystudiedinthisdissertation．Themainoriginalworkincludes：1．Theinteractionbetweenanintegralpileandauniformvisco—elasticsoilla

7、yerwithviscousdampingorhystereticdampingistheoreticallystudied．andthepileresponsetoaharmonicloadisobtainedinaclosedformandusedtodefinecomplexstiffnessatthepilehead．Semi-analyticalsolutionofthevelocityresponseintimedomainsubjectedtoasemi—sinew