成层土中基桩动态特性研究

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基桩缺陷必然会在不同程度上给其承载力带来负面影响,严重者甚至使其丧失承载力,对上部建筑结构的安全产生威胁。因此对于桩基础这一隐蔽工程,准确诊断其缺陷位置以及缺陷程度能有效防止各种工程事故的发生,其理论分析更是桩的动力学分析的热点问题,这在工程界具有重大意义,本文就基桩完整性检测这一问题做了如下工作:首先,总结了单层土边界条件下,完整桩桩顶振动的位移、速度和加速度的动力响应。根据完整桩振动的速度响应编制出Matlab程序,分析出桩径、桩长、桩身的弹性波速、桩端土的刚度等参数变化时,对完整桩速度响应曲线的影响,此规律可以实测桩身完整性提供参考依据。考虑到成层性是地基土的主要特征之一,本文研究基桩动力特性从波动阻尼方程入手,推导了成层土中基桩纵向振动的定解问题,通过傅里叶逆变换求得半正弦脉冲激振力作用下桩顶的速度时域响应的半解析解;编制出Matlab程序,讨论了长径比l/d、土层剪切模量和脉冲宽度的变化对桩的振动特性的影响;针对完整摩擦桩、端承桩,绘制出各质点纵向振动速度时程空间曲面,并探讨其反射波的衰减规律。考虑到各类缺陷桩是实际工程中基桩检测的核心焦点,本文推导了均质土中,任意段变截面桩桩顶的动态响应;编制出Matlab程序,讨论了桩身的缺陷程度、缺陷埋深以及缺陷段长度等对基桩反射波曲线和导纳曲线的影响;绘制出成层土中的缺陷基桩的振动响应曲线,得出结论:根据振动响应曲线对缺陷基桩完整性进行判断时,势必会受到桩周土成层性的干扰。最后,针对桩侧和桩端受土阻力作用的纵向振动模型,推导出了基桩缺陷处的位置、相对刚度以及损伤后的固有频率之间函数关系式;通过对其模型进行数值模拟,得到完整基桩和损伤基桩的前三阶固有频率;利用上述推导出的函数关系式得到识别效果图,验证了该方法的可行性。
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