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非对称缺陷对桩顶动力响应的影响及应用研究

湖南大学学报（自然科学版） 2023年第7期50卷 200-210页

作者：王奎华梁一然吴君涛赵爽邱欣晨浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 软弱土与环境土工教育部重点实验室(浙江大学) 浙江杭州310058

针对大直径桩基础桩身缺陷形态非对称分布的情况,采用数值模拟方法,构建三维有限元桩-土模型进行分析,厘清了对称缺陷和非对称缺陷对桩顶动力响应的不同影响规律,并通过模型试验验证了本文数值分析的合理性,最后针对桩-土模型的相关参... 详细信息

针对大直径桩基础桩身缺陷形态非对称分布的情况,采用数值模拟方法,构建三维有限元桩-土模型进行分析,厘清了对称缺陷和非对称缺陷对桩顶动力响应的不同影响规律,并通过模型试验验证了本文数值分析的合理性,最后针对桩-土模型的相关参数进行敏感性分析,探究桩周土、激振脉冲宽度、缺陷形态等因素对非对称缺陷桩桩顶动力响应的影响.结果表明:非对称缺陷使桩顶对称测点的桩顶动力响应曲线呈现双闭环现象,双闭环现象最明显的对称测点位于缺陷截面对称轴上;可采用桩顶中心激振-对称点同步接收模式检测基桩非对称缺陷,为低应变反射波法检测桩身完整性的工程应用提供指导.

关键词：桩基础非对称缺陷桩桩顶动力响应数值模拟低应变检测

基于Timoshenko梁理论考虑阻尼的承台-桩-土耦合横向振动解

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中国公路学报 2022年第4期35卷 166-176页

作者：邱欣晨吴君涛赵爽王奎华涂园浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

由于缺乏合适的激振和接收位置,传统竖向低应变反射波法在检测带承台或未凿桩头的桩基动力特性时存在明显不足。为进一步拓展低应变检测波法应用范围,基于Timoshenko梁理论,考虑桩身材料阻尼、附加轴力及桩顶等效质量作用,建立了一种横... 详细信息

由于缺乏合适的激振和接收位置,传统竖向低应变反射波法在检测带承台或未凿桩头的桩基动力特性时存在明显不足。为进一步拓展低应变检测波法应用范围,基于Timoshenko梁理论,考虑桩身材料阻尼、附加轴力及桩顶等效质量作用,建立了一种横向激励条件下承台-桩-土耦合振动模型,并求解了该模型的频域内解析解及其时域半解析解。进一步地,考虑了Timoshenko梁在低应变测试条件下2种剪切波的激发与传播。基于频散效应分析得出,在低应变检测条件下主要以第1类剪切波的传播为主,而第2类剪切波在截止频率以下尚未被激发,此时可认为模型等效剪切波速略小于一维剪切波速。通过和室内模型试验结果的比较,进一步验证了所假设的有效性和理论解的合理性。基于解析结果,分别对桩底约束条件、桩-土模型参数、承台特征以及测试信号宽度等对桩顶水平激振响应的影响进行了时域分析。结果表明:对于横向激振下桩身质点时域速度曲线而言,桩底反射均呈现与激振信号“同向-反向-同向”的反复震荡区间,桩底约束条件主要影响震荡区间范围;承台特征、桩/土的材料参数主要影响桩底反射波的幅值;激振频率主要影响速度波的宽度,且高频条件下,第2类剪切波将会被激发。参数分析结果可以为带承台或未凿桩头桩基检测工程提供理论支持及指导作用。

关键词：桥梁工程 Timoshenko梁横向振动剪切变形频散效应

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水平循环荷载下砂土中斜单桩累积变形特性

浙江大学学报（工学版） 2022年第7期56卷 1310-1319页

作者：赵爽王奎华吴君涛浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

研究斜单桩在风、浪、洋流等循环荷载作用下的累积特性.通过用户开发子程序将砂土刚度衰减模型嵌入桩-土体系有限元模型中,实现了单桩循环受荷特性的数值分析,研究不同循环幅值及循环次数下斜单桩的变形累积规律.研究结果表明,当桩身倾... 详细信息

研究斜单桩在风、浪、洋流等循环荷载作用下的累积特性.通过用户开发子程序将砂土刚度衰减模型嵌入桩-土体系有限元模型中,实现了单桩循环受荷特性的数值分析,研究不同循环幅值及循环次数下斜单桩的变形累积规律.研究结果表明,当桩身倾斜角由−25°逐渐过渡到25°时,在相同的静力荷载作用下,斜单桩桩顶位移及桩身相同位置处弯矩会不断增加,但在循环荷载作用下,桩顶位移与桩身最大弯矩的累积速度会逐渐下降.当循环荷载幅值较大时,负斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均小于竖直桩,正斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均最大.基于数值计算结果,对不同循环幅值和循环次数下的斜单桩桩顶累积位移和桩身最大弯矩进行拟合分析,提出适用于斜单桩的累积变形特性预测方法.

关键词：斜单桩水平循环荷载累积变形预测模型

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基于砂土刚度衰减模型的修正p-y曲线法

上海交通大学学报 2020年第12期54卷 1316-1323页

作者：胡安峰南博文陈缘付鹏浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058

现有的p-y曲线大多是基于小直径桩在有限循环次数下的加载试验得到,难以精确描述大直径桩基在长期水平循环荷载下的位移累积以及土体的循环弱化特性.基于此,首先对Abaqus进行二次开发,建立了能考虑砂土长期循环弱化效应的桩土系统刚度... 详细信息

现有的p-y曲线大多是基于小直径桩在有限循环次数下的加载试验得到,难以精确描述大直径桩基在长期水平循环荷载下的位移累积以及土体的循环弱化特性.基于此,首先对Abaqus进行二次开发,建立了能考虑砂土长期循环弱化效应的桩土系统刚度衰减模型,并在数值分析的基础上得到了长期循环荷载下大直径桩的p-y曲线.然后通过引入循环反力比的概念,获取了桩土系统的刚度衰减参数,同时实现了对初始地基反力模量的修正,进而提出了基于砂土刚度衰减模型的修正p-y曲线法.最后,通过与试验结果进行对比分析,验证了该方法的有效性.该修正p-y曲线法能够综合考虑荷载特性、循环次数、砂土刚度循环弱化等因素,可为长期水平循环作用下大直径桩基础的初步设计提供一种简明有效的分析方法.

关键词：砂土大直径单桩刚度衰减模型尺寸效应循环荷载 p-y曲线

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考虑注浆圈作用水下隧道渗流场解析解

浙江大学学报（工学版） 2016年第6期50卷 1018-1023页

作者：应宏伟朱成伟龚晓南浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性... 详细信息

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性的同时,能考虑注浆圈以及衬砌的作用.在毛洞情况下,本文解退化到古德曼方程以及Harr解,验证了本文解的正确性.采用该解对隧道工程实例进行分析,和已有解进行比较,进一步验证本文解的合理性.发现当埋深增加或者注浆圈抗渗性变差时,已有解和本文解结果差距变大.指出增加注浆圈的抗渗性,可以有效地降低隧道涌水量及衬砌外水头,并发现隧道涌水量及衬砌外水头和隧道埋深近似呈线性增加关系.

关键词：水下隧道衬砌外水头涌水量镜像法解析解

高承台桩基无偏心竖向激励低应变测试方法研究

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岩土力学 2021年第10期42卷 2875-2884,2894页

作者：邱欣晨王奎华吴君涛赵爽涂园刘鑫浙江大学滨海与城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

为了弥补传统低应变检测方法在识别带高承台的桩基完整性及桩长信息等方面的缺陷,提出了一种新型无偏心竖向激励方式以及一种桩身轴向多点速度响应行波分解法。进一步地,通过二维及三维有限元模型验证了该方法在识别带高承台的桩基完整... 详细信息

为了弥补传统低应变检测方法在识别带高承台的桩基完整性及桩长信息等方面的缺陷,提出了一种新型无偏心竖向激励方式以及一种桩身轴向多点速度响应行波分解法。进一步地,通过二维及三维有限元模型验证了该方法在识别带高承台的桩基完整性及桩长信息等方面的可行性。最后,对所提出的方法开展了如桩身尺寸、承台尺寸、传感器设置等一系列影响因素的参数分析研究。结果表明,通过本方法对原始的复杂速度响应进行数据处理后可以得到一桩底反射区清晰可辨的响应曲线,消除了上部结构复杂振动特性及环境高频噪声的影响,从而有效地预测了未知的桩长。该研究解决了现有无损检测方法局限性,对实际工程中带高承台桩基的完整性判断及桩长预测有一定的参考意义。

关键词：无偏心竖向激励方式低应变检测轴向多点行波分解法

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基于水平低应变法的高承台桩缺陷检测研究

浙江大学学报（工学版） 2021年第10期55卷 1867-1876,1902页

作者：赵爽吴君涛邱欣晨王奎华涂园浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

通过模型试验探究高承台桩埋藏段存在不同尺寸缺陷时的桩身质点水平速度响应,结合有限元(FEA)分析试验结果.结果表明,基于桩的水平振动特性的低应变检测方法可以用于识别高承台桩桩身缺陷,且缺陷处截面直径越小,桩身质点水平速度响应曲... 详细信息

通过模型试验探究高承台桩埋藏段存在不同尺寸缺陷时的桩身质点水平速度响应,结合有限元(FEA)分析试验结果.结果表明,基于桩的水平振动特性的低应变检测方法可以用于识别高承台桩桩身缺陷,且缺陷处截面直径越小,桩身质点水平速度响应曲线中缺陷处反射越明显.随着缺陷高度的变化,缺陷处顶、底面反射信号可能会产生叠加或分离现象,导致不同缺陷高度下缺陷反射的波形不一致.在数值模拟中,当采用柔性剪切梁单元模拟高承台桩时,数值模拟结果和试验结果吻合较好.在实际工程中,当应用水平低应变法检测桩身完整性时,推荐采取近承台处激振、近承台处速度采集,可以根据缺陷处反射起振时间较精确地计算桩身缺陷埋深.

关键词：高承台桩水平振动低应变缺陷检测

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大直径变截面桩速度波衰减特性研究与应用

岩石力学与工程学报 2021年第2期40卷 419-431页

作者：谭婕王奎华涂园吴君涛郑茗旺浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

针对大直径桩在低应变测试中的三维效应和缺陷量化分析问题,建立变截面桩–成层土耦合振动模型,考虑桩身的三维波动,通过建立层间递推关系求解得到桩身任意位置纵向振动响应的频域解析解,并利用傅里叶逆变换得到时域内半解析表达。在此... 详细信息

针对大直径桩在低应变测试中的三维效应和缺陷量化分析问题,建立变截面桩–成层土耦合振动模型,考虑桩身的三维波动,通过建立层间递推关系求解得到桩身任意位置纵向振动响应的频域解析解,并利用傅里叶逆变换得到时域内半解析表达。在此基础上,分别针对完整桩和缺陷桩,探讨不同条件下桩身入射速度波沿径向和纵向的幅值和走时变化规律。最后通过现场试验对某混凝土灌注桩的桩顶及桩身内部纵向振动响应进行测试,验证了本文解的合理性。理论与试验结果表明:(1)中心瞬态激振条件下大直径桩的三维效应显著,其影响深度与桩顶激振力的作用面积和持续时间相关;(2)速度波沿桩身的纵向衰减特性能够较好地反映出桩身完整性和桩侧土阻力特性,这一研究结果能够为基桩完整性检测提供一种新的思路和方法,具有一定的工程应用价值。

关键词：桩基础大直径桩低应变测试三维效应幅值衰减现场试验

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海洋高桩基础水平振动特性分析

振动与冲击 2019年第17期38卷 88-94页

作者：付鹏胡安峰李怡君谢康和李龙浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058

考虑动水压力作用和桩-流体耦合振动,对黏弹性地基中海洋高桩基础水平振动问题进行了理论研究。首先采用分离变量法求解流体运动方程,得到了动水压力解析表达式。进而考虑桩-土体及桩-流体耦合条件、桩身内力和位移连续条件,基于传递矩... 详细信息

考虑动水压力作用和桩-流体耦合振动,对黏弹性地基中海洋高桩基础水平振动问题进行了理论研究。首先采用分离变量法求解流体运动方程,得到了动水压力解析表达式。进而考虑桩-土体及桩-流体耦合条件、桩身内力和位移连续条件,基于传递矩阵法,得到了水平简谐荷载作用下海洋高桩基础桩顶阻抗解析表达式。将该解分别退化为水中圆柱梁振动问题及完全埋入式桩水平振动问题,与已有解进行对比,验证了该解的合理性。并与不考虑动水压力的计算结果对比分析,结果表明忽略动水压力会高估高桩基础桩顶水平动刚度。

关键词：海洋高桩水平振动动水压力传递矩阵法