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基桩在饱和土中排水动力特性研究

作　者: 童晓刚
导　师: 丁伯阳
学　校: 浙江工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 饱和多孔介质 Green函数 Sommerfeld积分 Darcy定律基桩动力特性边界元现场实验
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要

饱和砂土在地震作用下会喷砂冒水,一些饱和土中打桩也会冒水；但目前都无法计算排水或者说计算排水很难实现,至少在理论推导计算方面,至今并没有很突出的成绩。若能在理论上通过数理推导,借助计算机数值计算方法对饱和土中桩基动力响应问题进行计算,例如对桩周土位移、孔压及排水量等重要参数清晰的进行计算和表达,那么这将对桩土相互作用的动力特性研究有很好的推动,同时对工程领域也能起到一个很好的指导作用。本文的研究是在前人的研究基础上,根据已求得的Biot弹性两相饱和介质控制方程的固相与流相Green函数频域解析解,通过Sommerfeld积分,化为轴对称柱坐标下的型式,这里需要说明的是,我们通过以上方式所求的为全无限空间下的格林函数频域解答,但是在以实际工程模型作为计算模型的话,我们更需要求得是半无限空间下的格林函数解答,然而具体到求解桩土相互作用时,基本解答的选取又是一个很重要的问题,这其中涉及到自由界面边界影响问题,关于这部分内容在本文第五章将详述,全无限空间频域基本解答与半无限空间频域基本解答的主要区别在于是否考虑自由表面场的影响,本文也是在首先推得的全无限格林函数频域解答的基础上,再根据自由表面应力为零的特征,叠加自由表面影响场,在求得的格林函数基本解答后,只需求解边界方程结合基桩的竖向振动方程与排水状态的Lamb积分公式,分别计算排水状态下桩周上的重要参数：位移、孔压、排水量,及基桩的动刚度等,也考虑了桩径比、模量比、场源点位置等对排水状态对桩土的动力响应的影响，并得到一系列结果。在进行计算机数值计算方面,我们首先是根据边界元法的思想,对桩土计算模型进行计算面域划分,分别计算。最后,本文对我们揭示的排水公式进行相关的现场测试与验证。现场测试与验证场地位于江苏省金坛市开发区联合中策橡胶金坛项目建设基地,我们通过分析数据与理论计算比较,得到一些论证性结果。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 国内外桩基动力特性的研究的背景及现状  10-11
    1.1.1 桩基力学研究的主要理论与方法  10-11
      1.1.1.1 连续介质力学法,地基反应法和试验法的阐述  10-11
      1.1.1.2 Green函数法结合BEM数值分析  11
  1.2 研究课题的提出  11
  1.3 本文主要研究内容  11-14
第二章饱和多孔介质BIOT动力学方程的GREEN函数解答  14-21
  2.1 引言  14
  2.2 饱和多孔介质柱坐标下的Green函数  14-20
    2.2.1 动力学方程的解  14-20
      2.2.1.1 轴对称坐标固相Green函数解答  15-16
      2.2.1.2 轴对称坐标流相Green函数  16-18
      2.2.1.3 计算参数的选取  18-19
      2.2.1.4 数值计算结果  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章饱和多孔介质中LAMB问题的GREEN函数解答  21-36
  3.1 引言  21-22
  3.2 半无限空间格林函数解答  22-35
    3.2.1 本构方程  22-23
    3.2.2 自由表面影响场  23-24
    3.2.3 半无限空间横向力作用下的位移谱场  24-33
      3.2.3.1 无限空间位移谱表达式  24-25
      3.2.3.2 无限空间应力谱表达式  25
      3.2.3.3 半无限空间内位错位移场  25-27
      3.2.3.4 半无限空间流向Green函数解答  27-31
      3.2.3.5 Hankel变换  31-33
    3.2.4 参数选取  33-34
    3.2.5 数值计算结果  34-35
  3.3 结论与分析  35-36
第四章排水状态下饱和土中基桩动力特性分析  36-45
  4.1 引言  36
  4.2 桩体动力控制方程  36-38
  4.3 桩—土作用约束条件  38-39
  4.4 边界条件  39
  4.5 数值计算  39-44
    4.5.1 参数的选取与计算  39-42
    4.5.2 计算结果与分析  42-44
  4.6 本章小结  44-45
第五章半无限空间下土的动力特性分析  45-50
  5.1 引言  45
  5.2 桩土相互作用引起的动力响应问题  45-49
    5.2.1 计算条件  45
    5.2.2 边界元法  45-48
      5.2.2.1 边界元法综述  45-47
      5.2.2.2 边界元法在本文中的应用  47-48
    5.2.3 计算结果  48-49
  5.3 本章小结  49-50
第六章 GREEN函数表象积分计算基桩排水现场测试验证  50-59
  6.1 引言  50
  6.2 计算方法概述  50-51
  6.3 施工现场场地概况  51-54
  6.4 实际参数的排水量的计算  54-56
  6.5 施工现场测量与对比  56-58
  6.6 结论  58
  6.7 本章小结  58-59
第七章总结与展望  59-60
附录1  60-63
附录2  63-64
参考文献  64-73
致谢  73-74
攻读学位期间主要科研成果  74

基桩在饱和土中排水动力特性研究

内容摘要

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