半埋入式缺陷桩的瞬态响应及波形识别

论文摘要

桩基础广泛应用于公路和铁路桥梁、高层建筑、码头和海洋平台等众多工程领域中。对新施工桩基的桩身质量检测,目前已有成熟的理论和检测技术,并在实践中得到大量应用。对半埋入式桩基（或低承台桩基）,其在瞬态荷载作用下的响应,目前尚无有效的分析方法。本文采用回传射线矩阵法对匀质土中半埋入式完整桩、缺陷桩和成层土中半埋入式完整桩、缺陷桩的瞬态响应及波形识别进行系统研究。主要研究内容包括:1.本文首先研究了匀质土中全埋入缺陷桩的瞬态波动。将桩-土相互作用简化为单个Voigt体模型,提出纵波在桩-土系统中的波动方程,根据节点力的平衡和位移协调条件建立节点散射关系,引入传播矩阵和置换矩阵,得到回传射线矩阵,通过Fourier逆变换和卷积定理得到半正弦激振力作用下匀质土中全埋入基桩的瞬态波动解,并与王奎华利用阻抗函数的性质得到的解析解进行对比,验证本方法的正确性。比较了缺陷桩与完整桩的桩顶速度波响应,进一步分析缺陷程度、缺陷类型对桩顶速度波的影响。研究表明回传射线矩阵法可精确计算桩顶响应,详细描述弹性波的传播过程。2.利用回传射线矩阵法开展半正弦激振力作用下半埋入式完整桩的瞬态波动研究。分析了外露长度、土性参数对桩顶速度波的影响,并与全埋入基桩进行比较。研究表明半埋入式完整桩的速度导纳曲线有大波峰夹小波峰的特征循环,外露桩长对桩顶反射波和速度导纳影响很大。3.得到成层土中半埋入完整桩的瞬态波动解。分析均匀地基、上软下硬或上硬下软两层地基、软（硬）夹层三层地基中完整桩的桩顶速度波,讨论了土体剪切模量、上覆土层厚度以及软（硬）夹层厚度对桩顶速度波的影响。研究表明上覆土层厚度和软（硬）夹层厚度对桩顶速度导纳和反射波有重要影响。4.得到匀质土中单缺陷部分埋入桩基础、多缺陷部分埋入桩基础的桩顶瞬态波动解。分析缺陷类型、缺陷长度、缺陷埋深、缺陷程度以及脉冲宽度对桩顶速度波的影响,并与相应的单缺陷桩、完整桩作对比。研究表明脉冲持续时间对速度导纳曲线没有影响,离析桩的桩底反射有延迟现象。5.进一步得到成层土中半埋入式缺陷桩的瞬态波动解。分析了两层地基、三层地基中半埋入式缺陷桩的桩顶速度波,并与完整桩作对比。研究表明成层土中半埋入式有缺驺桩基础的缺陷信息强于桩侧介质变化引起的信息。6.总结了全文所做的工作和主要成果,并提出进一步研究的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 文献综述
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 匀质土中全埋入式多缺陷桩的瞬态波动
• 2.1 引言
• 2.2 回传射线矩阵法的基本原理
• 2.2.1 桩-土计算模型
• 2.2.2 基本假定
• 2.2.3 回传射线矩阵法基本原理
• 2.3 回传射线矩阵法与解析解的对比
• 2.4 缺陷分析
• 2.4.1 缺陷桩与完整桩的桩顶速度波比较
• 2.4.2 缺陷程度的影响
• 2.4.3 缩-扩颈桩与扩-缩颈桩的桩顶速度波比较
• 2.5 实例分析
• 2.6 小结
• 3 匀质土中半埋入式完整桩的瞬态波动
• 3.1 引言
• 3.2 回传射线矩阵法的基本原理
• 3.2.1 桩-土计算模型
• 3.2.2 基本假定
• 3.2.3 回传射线矩阵法的基本原理
• 3.3 半埋入式完整桩与全埋入式完整桩响应曲线比较
• 3.3.1 频域响应曲线比较
• 3.3.2 时域响应曲线比较
• 3.4 参数分析
• 3.4.1 露于土体之外桩身长度的影响
• 3.4.2 土性参数对速度波的影响
• 3.5 小结
• 4 成层土中半埋入式完整桩的瞬态波动
• 4.1 引言
• 4.2 回传射线矩阵法的基本原理
• 4.2.1 桩-土计算模型
• 4.2.2 基本假定
• 4.2.3 回传射线矩阵法的基本原理
• 4.3 参数分析
• 4.3.1 土体剪切模量对完整桩桩顶速度波的影响
• 4.3.2 两层地基中上覆土层厚度对完整桩桩顶速度波的影响
• 4.3.3 软、硬夹层厚度对完整桩桩顶速度波的影响
• 4.4 小结
• 5 匀质土中半埋入式缺陷桩的瞬态波动
• 5.1 引言
• 5.2 回传射线矩阵法的基本原理
• 5.2.1 桩-土计算模型
• 5.2.2 基本假设
• 5.2.3 回传射线矩阵法的基本原理
• 5.3 匀质土中有一个缺陷的基桩参数影响分析
• 5.3.1 缺陷桩与完整桩桩顶速度波曲线的比较
• 5.3.2 缺陷类型对桩顶速度波曲线的影响
• 5.3.3 缺陷长度对缺陷桩的桩顶速度波曲线的影响
• 5.3.4 缺陷埋深对缺陷桩桩顶速度波曲线的影响
• 5.3.5 缺陷程度对缺陷桩桩顶速度波曲线的影响
• 5.3.6 脉冲持续时间对缺陷桩桩顶速度波曲线的影响
• 5.4 匀质土中有两个缺陷基桩的参数影响分析
• 5.4.1 有两个缺陷的桩与完整桩、相应单缺陷的桩桩顶速度波曲线比较
• 5.4.2 缺陷程度对缺陷桩桩顶速度波曲线的影响
• 5.4.3 缩-扩颈桩与扩-缩颈桩的桩顶速度波曲线比较
• 5.4.4 缩颈-混凝土离析桩与扩颈-混凝土离析桩的桩顶速度波曲线的比较
• 5.5 小结
• 6 成层土中半埋入式缺陷桩的瞬态波动
• 6.1 引言
• 6.2 回传射线矩阵法的基本原理
• 6.2.1 缺陷桩-土计算模型
• 6.2.2 基本假定
• 6.2.3 回传射线矩阵法的基本原理
• 6.3 成层土中单缺陷基桩的瞬态波动
• 6.3.1 两层地基中单缺陷基桩的瞬态波动
• 6.3.2 三层地基中单缺陷基桩的瞬态波动
• 6.4 成层土中多缺陷基桩的瞬态波动
• 6.4.1 两层地基中多缺陷基桩的瞬态波动
• 6.4.2 三层地基中多缺陷基桩的瞬态波动
• 6.5 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文的主要成果
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 其他理论曲线图
• A.1 两层地基的土层分界线与缺陷单元始末端重合时完整桩与单缺陷桩的桩顶速度波比较图
• A.2 两层地基中单缺陷桩与多缺陷桩的桩顶速度波比较图
• A.3 三层地基中单缺陷桩与多缺陷桩的桩顶速度波比较图
• 攻读硕士期间的研究成果