改進的虛土樁法及其在非等截面樁縱向振動中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前，國內(nèi)外研究樁與樁底土相互作用關(guān)系的模型，大多數(shù)是非連續(xù)模型，且缺乏對樁底土作用的研究。為了建立樁與樁底土的嚴格耦合關(guān)系，本文提出了一種改進的虛土樁法。并基于該方法，分析了樁底土對單樁縱向振動特性的影響，研究了焊縫在多級混凝土管樁完整性檢測中的作用及不同條件下靜鉆根植竹節(jié)樁這一新樁型的動力特性。主要的工作與創(chuàng)新成果如下:
　　(1)基于地基中圓形豎向荷載下的Mindlin附加應(yīng)力，提出了考慮應(yīng)力擴散效應(yīng)的虛土樁法。進一步結(jié)合平

2、面應(yīng)變模型，通過Laplace變換和卷積定理等數(shù)學(xué)方法，求得任意激振力作用下的樁體振動頻域響應(yīng)解析解和時域響應(yīng)半解析解。通過分析樁底土體參數(shù)對樁動力響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)土體剪切模量是決定樁底支撐剛度的重要因素，土體模量提高，將引起樁底支撐剛度和阻尼顯著增大。樁底土對樁身動力響應(yīng)的影響存在臨界厚度，約5～7倍的樁體半徑，在此范圍內(nèi)，樁體剛度與樁底土層厚度成反比關(guān)系，阻尼與之成正比關(guān)系。
　　(2)將虛土樁法從平面應(yīng)變模型發(fā)展到軸對稱連續(xù)

3、土體模型中，考慮土體的徑向和豎向兩相位移，建立三維波動效應(yīng)下的樁土體系縱向振動模型。通過引入位移勢函數(shù)和Laplace變換的手段，采用分離變量法將豎向和徑向位移進行解耦，進而通過阻抗傳遞法求得樁體的頻域響應(yīng)，通過Laplace逆變換得到樁體的時域響應(yīng)。根據(jù)所求得的解，對比了軸對稱連續(xù)模型與平面應(yīng)變模型下虛土樁法的差異，發(fā)現(xiàn)軸對稱模型能更好地反映樁土體系的自振頻率。
　　(3)提出了混凝土管樁焊接縫的簡化模型，將影響焊縫質(zhì)量的物理因

4、素轉(zhuǎn)化到等效的剛度體系中，從而實現(xiàn)了可對焊縫進行理論擬合的目的。借助本文所提出的虛土樁法，求得多級混凝土焊接管樁樁頂?shù)膭恿憫?yīng)。經(jīng)過分析有效焊接斷面、焊接高度等參數(shù)的大小對樁頂速度響應(yīng)的影響，表明焊接深度不應(yīng)小于5mm，焊縫高度宜控制在2mm范圍內(nèi)。實測數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果表明，該簡化模型能有效地反映焊縫質(zhì)量對管樁反射波信號的影響，可為樁基完整性檢測提供指導(dǎo)。
　　(4)根據(jù)靜鉆根植竹節(jié)樁的成樁機理，確立了徑向非均質(zhì)理論與虛土樁法相結(jié)合

5、的樁土動力模型。結(jié)合系數(shù)矩陣傳遞法，求得徑向非均質(zhì)土體下竹節(jié)形根植樁的樁頂動力響應(yīng)。分析了竹節(jié)及樁周水泥土等對樁頂動力響應(yīng)的影響，結(jié)果表明樁體剛度與竹節(jié)密度和竹節(jié)半徑成正比，樁側(cè)水泥土的硬化程度越高，樁頂剛度越大，阻尼越小，且泥漿的水泥配合比為40％時，性價比較高。通過對工程數(shù)據(jù)的反演擬合驗證了樁側(cè)水泥土的硬化規(guī)律。
　　完善地模擬樁與樁底土的作用關(guān)系是本文的核心，即文中提出的虛土樁法。以此來解決工程中出現(xiàn)的實際問題是本文的目的。