岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1365-1377.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0770

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

黏弹性非饱和土中劲性复合桩纵向动力响应分析

柳鸿博1, 2,戴国亮1, 2,周凤玺3,龚志宇1, 2,陈智伟1, 2   

  1. 1. 东南大学 混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏 南京 211189; 2. 东南大学 土木工程学院,江苏 南京 211189;3. 兰州理工大学 土木工程学院,甘肃 兰州 730050
  • 收稿日期:2023-06-09 接受日期:2023-08-14 出版日期:2024-05-11 发布日期:2024-05-07
  • 通讯作者: 戴国亮,男,1975年生,博士,教授,主要从事岩土工程方面的研究和教学工作。E-mail: daigl@seu.edu.cn
  • 作者简介:柳鸿博,男,1994年生,博士研究生,主要从事桩基动力学方面的科研工作。E-mail: lhb_0803@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No. 52078128,No. 52178317,No. 52378328)

Longitudinal dynamic response of strength composite piles embedded in viscoelastic unsaturated soils

LIU Hong-bo1, 2, DAI Guo-liang1, 2, ZHOU Feng-xi3, GONG Zhi-yu1, 2, CHEN Zhi-wei1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 211189, China; 2. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 211189, China; 3. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China
  • Received:2023-06-09 Accepted:2023-08-14 Online:2024-05-11 Published:2024-05-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52078128, 52178317, 52378328).

摘要: 劲性复合桩作为一种新型桩基,其动力响应分析具有重要的实际意义。基于弹性动力学理论和三相多孔介质模型,考虑劲性复合桩的特殊结构和非饱和土体骨架的非流动黏性特征,利用理论推导和参数分析,分析了分数阶黏弹性非饱和地基中劲性复合桩的纵向振动特性。首先,通过力学平衡推导,建立了劲性复合桩的纵向振动方程,并利用已有的非饱和土体运动控制方程描述桩周土体的动力响应,其中采用分数阶标准线性固体(fractional standard linear solid,简称FSLS)模型表征土体骨架的非流动(频率相关)黏性;然后,经过严格的理论推导,得到了劲性复合桩的桩顶动阻抗解析解答;最后,通过计算案例和参数敏感性分析,讨论了桩和土体参数对劲性复合桩的桩顶动阻抗的影响规律。结果表明:水泥土桩的横截面占比以及桩长的增大均会提高桩顶动阻抗;分数阶数和应变松弛时间的增大以及应力松弛时间的减小均有助于提高桩顶动阻抗;增大土体饱和度或减小土体固有渗透系数亦将提升桩顶动阻抗。

关键词: 劲性复合桩, 非饱和土, 分数阶黏弹性, 动刚度, 动阻尼

Abstract: The strength composite pile, as a novel pile foundation, holds significant practical significance in dynamic response analysis. This study, based on elastic dynamic theory and porous media model, investigated the longitudinal dynamic response of the strength composite pile in fractional viscoelastic unsaturated ground through theoretical derivation and parametric analysis. The research took into account the unique structure of the strength composite pile and the flow-independent viscosity of the soil skeleton. Firstly, the longitudinal vibration equation of the strength composite pile was established through mechanical equilibrium. The dynamic behavior of the soil around the pile was described using the existing governing equations for unsaturated soils, where the fractional standard linear solid (FSLS) model was utilized to characterize the frequency-dependent viscosity of the soil skeleton. Subsequently, the analytical solution of the dynamic impedance at pile head was deduced through a rigorous theoretical derivation. Finally, the study delved into the influence of pile and soil parameters on the dynamic impedance at the pile head through numerical calculations, parameter analysis, and mechanism discussion. The results reveal that an increase in both the cross-sectional proportion of cement-soil pile and the pile length enhances the dynamic impedance at pile head. An increase in the fractional order and the strain relaxation time, along with a reduction in the stress relaxation time, all improve the dynamic impedance at pile head. Additionally, increasing the soil saturation or decreasing its intrinsic permeability also elevates the dynamic impedance at pile head.

Key words: strength composite pile, unsaturated soil, fractional viscoelasticity, dynamic stiffness, dynamic damping

中图分类号: 

  • TU 473
[1] 叶云雪, 易博文, 刘小文, 吴珺华, 洪本根, . 脱湿路径下土体水分变化路径及体积变形对滤纸法测定土-水特征曲线的影响[J]. 岩土力学, 2024, 45(8): 2351-2361.
[2] 彭俊国, 黄宇豪. 非饱和边坡中锚托板锚固尺寸的新算法[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1003-1013.
[3] 张思奇, 裴华富, 谭道远, 朱鸿鹄, . 单、双孔隙结构非饱和黏土孔隙分布变化规律试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 353-363.
[4] 文磊, 刘 钟, 马晓华, 张振. 粉土地基中劲性复合桩抗压承载特性与荷载传递机制研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 511-524.
[5] 陈可, 王琛, 梁发云, 汪中卫, . 考虑水力滞后与变形耦合的非饱和土持水曲线模型[J]. 岩土力学, 2024, 45(12): 3694-3704.
[6] 周凤玺, 孙烈璞, 柳鸿博, 曹小林, 梁玉旺, . 分数阶黏弹性饱和地基中大直径管桩竖向动力响应分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(11): 3481-3490.
[7] 邵帅, 邵生俊, 高梦洁, 刘小康, 王立新, 严广艺, . 水-力耦合非饱和黄土的弹塑性模型适用性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 436-442.
[8] 周凤玺, 姚桃岐, 柳鸿博, . 非饱和土中Rayleigh波传播的能量特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 612-622.
[9] 张常光, 关港辉, 李海祥, 范家燊, 石晶, . 水位变化下含裂缝非饱和土挡墙的地震主动土压力研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1575-1584.
[10] 赵煜鑫, 李旭, 林森, 王逍萌, . 广吸力范围内一种改进的非饱和土抗剪强度模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 990-1000.
[11] 牛庚, 朱晓凤, 李俊星, 吕梦缘, 安荔琪, 陈子晗, . 宽广吸力范围非饱和土剪切强度试验研究及其预测[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3349-3359.
[12] 朱锐, 周峰, 陈廷柱, 邓亚光, . 劲性复合桩挤土效应及承载力作用机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3577-3586.
[13] 赵煜鑫, 李 旭, 赵红芬, 刘 艳. 宽饱和度范围非饱和土抗剪强度指标的演化模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2809-2820.
[14] 舒进辉, 马强, 常立君, . 非饱和土地基中复合多层波阻板对S波的隔离效应[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 217-231.
[15] 陈勇, 苏剑, 曹玲, 王力, 王世梅, . 基于数据挖掘的土−水特征曲线演化规律研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 23-34.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[2] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[3] 黄润秋,徐德敏. 岩石(体)渗透性测试的体变量法研究[J]. , 2009, 30(10): 2961 -2964 .
[4] 徐远杰,潘家军,刘祖德. 混凝土面板堆石坝的一种坝坡修整算法[J]. , 2009, 30(10): 3139 -3144 .
[5] 张召千,徐明德,刘泉声. 煤巷围岩稳定性加权平均评价方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3464 -3468 .
[6] 王 飞,王 媛,倪小东. 渗流场随机性的随机有限元分析[J]. , 2009, 30(11): 3539 -3542 .
[7] 董金玉,杨继红,伍法权,王 东,杨国香. 三峡库区软硬互层近水平地层高切坡崩塌研究[J]. , 2010, 31(1): 151 -157 .
[8] 张文杰,陈云敏. 垃圾填埋场抽水试验及降水方案设计[J]. , 2010, 31(1): 211 -215 .
[9] 聂 影,栾茂田,唐小微,郭 莹,张振东1,宋岩新. 超固结黏土单调和耦合循环的剪切特性研究[J]. , 2009, 30(9): 2616 -2622 .
[10] 宫伟力,安里千,赵海燕,毛灵涛. 基于图像描述的煤岩裂隙CT图像多尺度特征[J]. , 2010, 31(2): 371 -376 .