[发明专利]一种径向非均质饱和土中实体桩水平振动分析方法

说明书

本发明公开了一种径向非均质饱和土中实体桩水平振动分析方法，通过采用径向非均质饱和土体模型和Biot多孔介质理论模型考虑了固液两相之间的耦合作用，建立并求解了平面应变条件下径向非均质饱和土体模型的桩基水平振动响应模型，得到了实体桩的阻抗函数。本发明采用的平面应变假定能够简单处理比较复杂的实际工程情况，概念清楚、理论性强；同时Biot多孔介质模型考虑了固液两相之间的耦合作用，较单相介质更更加接近实际工况。径向非均质性能考虑桩周土体施工扰动效应，可为更为复杂的饱和土‑桩动力相互作用问题的研究提供理论指导和参考作用。

技术领域

本发明涉及土建领域，更具体地，涉及一种径向非均质饱和土中实体桩水平振动分析方法。

背景技术

桩-土耦合振动特性研究是桩基抗震、防震设计及桩基动力检测等工程技术领域的理论基础，一直以来亦是岩土工程和固体力学的热点问题。

关于饱和土-桩水平耦合振动问题的研究均基于均质饱和土介质模型开展，该模型把桩周土体视为均质或纵向成层性，而在桩基施工过程中，由于挤土、松弛及其他因素的影响，在桩周不同范围内，土体的性质和参数都会发生不同程度的改变，即径向非均质效应。此时采用径向非均质饱和土体模型更为合适。此外，Biot多孔介质理论模型考虑了固液两相之间的耦合作用，相对于传统的理想体(单相)介质要复杂多，更具有适用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种径向非均质饱和土中实体桩水平振动分析方法，通过采用径向非均质饱和土体模型和Biot多孔介质理论模型考虑了固液两相之间的耦合作用，建立并求解了平面应变条件下径向非均质饱和土体模型的桩基水平振动响应模型，得到了实体桩的阻抗函数。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种径向非均质饱和土中实体桩水平振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤

S1：引入如下假定，建立平面应变条件下径向非均质饱和土中实体桩受水平激励的振动模型：

(1)假定实体桩为线弹性均质等截面圆形伯努利-欧拉梁模型，忽略桩体剪切变形，桩端采用固定支承；

(2)桩周土体分为内部区域和外部区域，内部区域划分n个圈层，各圈层土体为均质、各向同性的两相饱和弹性介质；

(3)桩土系统振动为小变形，桩-土界面完全接触，无脱开和滑移现象，且桩土接触面不透水，各圈层土界面两侧位移连续、应力平衡；

(4)桩基水平振动时，桩周土体无竖向变形；

S2：基于Biot两相介质波动理论，建立平面应变条件下各圈层饱和土体的运动方程和桩身水平振动基本方程；

根据步骤S1中的假定，建立桩-土系统边界条件；

S3：使用拉普拉斯变换，求解步骤S2中建立的平面应变条件下各圈层饱和土体的运动方程，得到实体桩的水平动力阻抗，以对径向非均质饱和土中桩基的水平振动进行分析。

优选地，其特征在于，所述步骤S2中，平面应变条件下各圈层饱和土体的运动方程为

桩身水平振动基本方程为

以上各式中，各符号含义如下：

j＝1～n为圈层的编号顺序，与实体桩紧邻的圈层编号为1，n为圈层总数；

r,θ为柱坐标系的坐标，其中柱坐标系z轴的零点位于实体桩上表面圆心，z轴正方向铅直向下，r轴方向为水平方向，零点位于实体桩上表面圆心；