飽和土中樁豎向耦合振動(dòng)理論與應(yīng)用

樁基是一種古老的基礎(chǔ)型式，有著悠久的歷史，近幾十年來(lái)在工程中得到了大量應(yīng)用，是使用最為廣泛的深基礎(chǔ)之一。雖然樁基在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，研究也比較深入，但是由于樁土相互作用的復(fù)雜性，仍然存在大量值得研究的問(wèn)題，特別是樁土動(dòng)力相互作用，涉及的問(wèn)題更加復(fù)雜，研究還有待進(jìn)一步提高。樁土動(dòng)力相互作用包括樁豎向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及其組合形式，其中樁的豎向振動(dòng)作用是進(jìn)行樁基礎(chǔ)振動(dòng)分析、樁基抗震設(shè)計(jì)、基樁動(dòng)力檢測(cè)以及動(dòng)力沉樁分析的理論基礎(chǔ)。有關(guān)樁的豎向振動(dòng)理論研究由來(lái)已久，經(jīng)典的離散文克勒模型可以較好的模擬樁土間的相互作用，但忽略了土層間的相互聯(lián)系，從平面應(yīng)變模型發(fā)展而來(lái)的粘彈性介質(zhì)連續(xù)體樁豎向振動(dòng)模型考慮了土層之間的聯(lián)系，但忽略了地基土的多相性，沒(méi)有考慮孔隙水壓力的影響，事實(shí)上在樁土耦合振動(dòng)時(shí)，孔隙水特性對(duì)樁振動(dòng)有重要的影響，樁振動(dòng)造成孔壓升高，有效應(yīng)力發(fā)生變化，從而影響樁的動(dòng)力特性。近年來(lái)飽和多孔介質(zhì)中的樁振動(dòng)研究引起了研究者的廣泛重視，一些研究者采用虛擬樁法開(kāi)展了飽和土中樁振動(dòng)的研究，取得了一系列的成果，這些成果在樁振動(dòng)分析、樁隔振設(shè)施分析中發(fā)揮了重要的作用，但虛擬樁法的不足在于樁土間必須滿足完全黏結(jié)條件，這限制了該方法的進(jìn)一步應(yīng)用。在實(shí)際工程中，諸如基樁動(dòng)力檢測(cè)、動(dòng)力沉樁、強(qiáng)震作用下的樁基振動(dòng)等問(wèn)題的分析不可避免的會(huì)遇到樁土滑移、樁周擾動(dòng)等非完全黏結(jié)的情況，這些也是樁土動(dòng)力相互作用理論的重要研究?jī)?nèi)容之一。隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，上述許多樁土動(dòng)力接觸問(wèn)題可以借助數(shù)值計(jì)算方法予以解決。數(shù)值方法可以分析較為復(fù)雜的樁土接觸條件，便于群樁分析，使得樁土動(dòng)力耦合問(wèn)題的分析和求解快速發(fā)展。但是采用解析方法研究樁土振動(dòng)問(wèn)題具有許多優(yōu)點(diǎn)，可以更容易的理解樁土動(dòng)力相互作用機(jī)理，盡管目前對(duì)于復(fù)雜的邊界條件下樁土動(dòng)力相互作用分析仍存在著一定的困難，但開(kāi)展樁振動(dòng)的解析研究仍然具有重要的理論價(jià)值和工程意義。

本書(shū)通過(guò)解析方法求解樁土豎向耦合振動(dòng)，系統(tǒng)而詳細(xì)地闡述單樁與飽和土的豎向動(dòng)力相互作用特性，主要內(nèi)容包括：?jiǎn)螌油林袠杜c飽和土體豎向振動(dòng)的理論框架、擾動(dòng)作用下樁與飽和土的豎向振動(dòng)理論、樁振動(dòng)作用下飽和土層振動(dòng)模式分析、成層土中變阻抗樁的豎向振動(dòng)理論，并介紹了樁豎向振動(dòng)理論在大直徑檢測(cè)、凍融土中樁振動(dòng)和海洋環(huán)境下的樁振動(dòng)中的應(yīng)用。這些內(nèi)容對(duì)于深入理解樁土動(dòng)力相互作用具有重要的意義。

由于作者水平有限，書(shū)中難免存在不足和疏漏之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

李強(qiáng)（浙江海洋學(xué)院）

王奎華（浙江大學(xué)）

2010年7月

前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 樁基動(dòng)力學(xué)研究簡(jiǎn)介 1
1.3 樁土豎向耦合振動(dòng)理論研究現(xiàn)狀 3
1.3.1 單相介質(zhì)中樁豎向振動(dòng)研究 3
1.3.2 飽和兩相介質(zhì)中樁豎向振動(dòng)研究 5
1.4 本書(shū)內(nèi)容編排 7
參考文獻(xiàn) 9
第2章 單層飽和土中樁豎向耦合振動(dòng)理論 15
2.1 單層飽和土中端承樁豎向耦合振動(dòng) 15
2.1.1 數(shù)學(xué)模型與基本假定 15
2.1.2 樁土耦合問(wèn)題求解 17
2.1.3 數(shù)值結(jié)果與分析 21
2.1.4 工程實(shí)例 24
2.2 飽和土中非端承樁豎向振動(dòng)理論 25
2.2.1 基本控制方程 25
2.2.2 樁土系統(tǒng)振動(dòng)解 26
2.2.3 樁的復(fù)動(dòng)剛度特性 29
2.2.4 樁頂速度和位移幅頻響應(yīng) 32
2.2.5 樁土系統(tǒng)時(shí)域特性分析 35
2.2.6 對(duì)比與討論 37
2.3 徑向運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化的飽和土中樁豎向振動(dòng) 39
2.3.1 飽和土中樁豎向振動(dòng)模型分析 39
2.3.2 簡(jiǎn)化模型豎向耦合振動(dòng)解 42
2.3.3 模型對(duì)比分析 44
參考文獻(xiàn) 48
第3章 擾動(dòng)作用下飽和土中樁豎向振動(dòng)理論 50
3.1 樁土滑移作用下樁豎向振動(dòng)理論 50
3.1.1 端承樁考慮樁土滑移時(shí)樁豎向振動(dòng) 50
3.1.2 非端承樁考慮樁土滑移時(shí)樁豎向振動(dòng) 53
3.2 分區(qū)土樁豎向振動(dòng)理論 61
3.2.1 擠土樁豎向振動(dòng)的簡(jiǎn)化模型 62
3.2.2 擠土樁豎向振動(dòng)問(wèn)題求解 62
3.2.3 數(shù)值計(jì)算與分析 66
3.2.4 工程應(yīng)用分析 68
3.3 飽和土中擠密樁豎向振動(dòng)兩階段分析 69
3.3.1 擠密樁振動(dòng)簡(jiǎn)化模型 70
3.3.2 樁土耦合振動(dòng)分析 71
3.3.3 數(shù)值計(jì)算與分析 74
3.3.4 工程應(yīng)用分析 77
參考文獻(xiàn) 78
第4章 樁豎向振動(dòng)引起的飽和土層振動(dòng)分析 81
4.1 飽和土層復(fù)阻抗分析 81
4.1.1 復(fù)阻抗定義 81
4.1.2 樁振動(dòng)引起飽和土層振動(dòng)模式 82
4.1.3 土層模態(tài)影響因素分析 86
4.1.4 與其他解的對(duì)比分析 87
4.2 樁豎向振動(dòng)引起飽和土中孔壓積累 89
4.2.1 樁振動(dòng)模型 89
4.2.2 樁周土中孔壓積累分析 90
4.2.3 數(shù)值結(jié)果與分析 91
參考文獻(xiàn) 96
第5章 成層飽和土中樁豎向振動(dòng)理論與應(yīng)用 98
5.1 成層飽和土中樁豎向振動(dòng) 98
5.1.1 數(shù)學(xué)模型與基本假定 98
5.1.2 樁土耦合振動(dòng)問(wèn)題求解 100
5.1.3 層間相互作用假定的影響 105
5.1.4 成層土中完整樁的耦合振動(dòng)特性 107
5.1.5 工程實(shí)例 108
5.2 任意段變阻抗樁豎向振動(dòng)分析 110
5.2.1 任意變截面樁的振動(dòng)特性分析 110
5.2.2 任意變模量樁的振動(dòng)特性分析 114
參考文獻(xiàn) 121
第6章 樁豎向振動(dòng)理論的工程應(yīng)用 123
6.1 大直徑樁豎向振動(dòng)理論與應(yīng)用 123
6.1.1 控制方程與定解條件 123
6.1.2 樁土耦合振動(dòng)解 125
6.1.3 數(shù)值分析 127
6.1.4 工程實(shí)例 130
6.2 凍融作用下基樁豎向振動(dòng)特性研究 131
6.2.1 數(shù)學(xué)模型與基本假定 132
6.2.2 樁土耦合問(wèn)題求解 134
6.2.3 凍融參數(shù)說(shuō)明 137
6.2.4 數(shù)值分析 138
6.2.5 實(shí)例分析 141
6.3 海洋基樁的豎向振動(dòng)特性與應(yīng)用 142
6.3.1 數(shù)學(xué)模型與基本假定 142
6.3.2 豎向振動(dòng)解 144
6.3.3 數(shù)值計(jì)算分析 144
參考文獻(xiàn) 146