成层土中部分埋入承台—单桩系统初期瞬态响应研究

作     者：姚栋 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余云燕;唐勇军

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：回传射线矩阵法 成层土 部分埋入承台-单桩系统 缺陷 瞬态波动响应 

摘      要：桩基础由于其承载力高、沉降量小、抗地震性能高以及适用于特殊地基土等优点而被广泛应用于实际工程中。对于常见的全埋入以及部分埋入桩基的质量检测已经有了较为成熟的理论方法和技术,且已经被大量应用于实践中。而对于带承台的部分埋入桩基的检测,目前尚没有有效的理论方法和技术。本文基于回传射线矩阵法,设定外露桩侧某位置为冲击力作用点,并考虑轴向和径向桩材阻尼的影响以及地基土体的成层性质,对成层土中部分埋入承台单桩系统、成层土中部分埋入承台缺陷单桩系统在斜向冲击力作用下的初期瞬态响应进行了深入地研究,具体内容包括:首先研究了成层土中部分埋入承台完整单桩系统受到桩侧斜向激振力作用下的初期瞬态响应。在考虑桩材阻尼和桩周(底)土体刚度、阻尼的前提下,根据弹性波理论分别建立纵波和挠曲波在成层土中部分埋入承台完整单桩系统中传播的基本方程,对其进行求解最终得到桩侧斜向下半正弦脉冲作用下成层土中部分埋入承台完整单桩系统的瞬态波动解。通过不同条件下所得瞬态响应波形图对比分析两层土中软、硬土层分布不同、上覆软(硬)土层厚度变化以及三层土中软(硬)夹层土厚度变化对初期瞬态响应的影响。研究表明硬土层表面位置处的反射波信号明显强于软土层表面位置处的,硬土层越厚则土体对信号强度的衰减作用越明显。其次研究了成层土中部分埋入承台扩、缩颈单桩系统受到桩侧斜向激振力作用下的初期瞬态响应。通过将所得的时域响应曲线与成层土中部分埋入承台完整单桩系统的时域响应曲线进行比较,进一步分析部分埋入承台扩、缩颈单桩系统在上软(硬)下硬(软)两层土体以及软(硬)夹层三层土体中的时域响应曲线,讨论软、硬土层分布不同、缺陷位置以及缺陷程度对瞬态波动响应的影响。研究表明波在部分埋入承台扩、缩颈单桩系统缺陷位置处会发生散射且二者在缺陷上下边界处的反射波方向相反。然后研究了成层土中部分埋入承台离析单桩系统受到桩侧斜向激振力作用下的初期瞬态响应。将所得的时域响应曲线与成层土中部分埋入承台完整单桩系统的时域响应曲线进行比较,进一步分析软、硬土层分布不同、缺陷位置等条件对接收点处轴向速度波的影响。研究表明波在部分埋入承台离析单桩系统缺陷位置处会发生散射,且凡是经过缺陷段后回到接收点的反射波均会出现到达时间延迟的现象。文章最后总结了全文的创造性工作和主要贡献,并提出进一步研究的建议。