[发明专利]饱和土-群桩-上部结构体系的动力响应分析方法

说明书

本发明涉及饱和土‑群桩‑上部结构体系的动力响应分析方法，属于桩基力学分析技术领域。其de Boer基于连续介质混合物公理和体积分数概念建立的多孔介质理论，利用体积分数的概念，若干的微观性质可以直接通过宏观性质来描述，并且避免了杂交混合物理论中的繁杂公式。de Boer建立的多孔介质理论不仅符合连续介质力学和热动力学原理，并且具有许多Biot理论不具备的优点。此外，针对桩‑土‑上部结构动力相互作用的研究局限于单相土情况，涉及饱和土的很少。由于液相的存在，饱和土和单相土中能量和波的传播和耗散不同，在地震荷载作用下土层对地震波的过滤和放大效应对结构地震响应特性的影响将存在着差异，具有重大的实际意义。

技术领域

本发明涉及饱和土-群桩-上部结构体系的动力响应分析方法，尤其涉及饱和土-群桩-上部结构体系在基岩竖向运动作用下的动力响应分析方法，属于桩基力学分析技术领域。

背景技术

目前，在实际工程中，桩基多以桩群的形式出现，在这种情况下必然要考虑“群桩效应”的影响。而群桩往往用于支承上部结构，因此饱和土、群桩、上部结构构成了富有研究意义的相互作用系统。并且，其所受到的荷载除了常见的直接施加荷载外，某些情况下也将受到地面运动的影响。根据检索可知，关于饱和土-桩动力相互作用的研究大多是基于Biot饱和土介质模型开展，尽管Biot理论已成功应用于诸多工程领域中，但研究表明其理论模型存在一定的局限性和不足。比如最显著的是其与材料客观性原理以及热动力学第二定律不一致，存在争议。相较而言，de Boer基于连续介质混合物公理和体积分数概念建立的多孔介质理论，利用体积分数的概念，若干的微观性质可以直接通过宏观性质来描述，并且避免了杂交混合物理论中的繁杂公式。此外，针对桩-土-上部结构动力相互作用的研究局限于单相土情况，涉及饱和土的很少。由于液相的存在，饱和土和单相土中能量和波的传播和耗散不同，在地震荷载作用下土层对地震波的过滤和放大效应对结构地震响应特性的影响将存在着差异；同时，饱和土地基的刚度和阻尼对桩基和上部结构的承载和变形性态的影响与单相土的情况也不一样。所以，对于开展饱和土-群桩-上部结构的研究尚需进一步研究。

基于饱和土-群桩-上部结构体系在基岩竖向运动作用下的动力响应分析方法尚属首次运用到桩基振动研究领域。在本次检索到的国内外公开发表的专利及非专利文献中，未见有与本项目整体研发内容相同的报道。

发明内容

本发明的目的在于设计了饱和土-群桩-上部结构体系的动力响应分析方法，通过该方法实现对于桩基力学分析。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为饱和土-群桩-上部结构体系的动力响应分析方法，该方法的实现步骤如下：

1.1力学模型与基本假设

一i×j型群桩和一上部结构由刚性承台连接，和桩周饱和土一起构成饱和土-群桩-上部结构相互作用系统。此外，桩和饱和土的底部与刚性基岩紧密连接，该基岩以的形式进行竖向运动，且ω为圆频率。饱和土和结构的材料参数如表1所示。

表1土和结构材料参数

1.2饱和土运动方程及求解

采用Boer多孔介质理论描述饱和土的动力学行为，则其运动方程为

式中S_v＝n^fρ^fg/k^f为土体的液固耦合系数；u_s和u_f分别表示土骨架和孔隙流体的位移向量，符号上方的点表示其对时间t求导数；p^f为孔隙流体压力；▽表示梯度算符。