岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (11): 3371-3382.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0478CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0478

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

横观各向同性土体中端承桩水平振动特性分析

张智卿1,刘鑫2,刘开富3,吴君涛4,吴文兵5   

  1. 1. 温州理工学院 建筑与能源工程学院,浙江 温州 325035;2. 中国地质大学 海洋学院,湖北 武汉 430074; 3. 浙江理工大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310018;4. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058;5. 中国地质大学 工程学院,湖北 武汉 430074
  • 收稿日期:2025-05-12 接受日期:2025-08-18 出版日期:2025-11-14 发布日期:2025-11-11
  • 通讯作者: 吴文兵,男,1988年生,博士,教授,主要从事粧基动力学理论与桩基沉降计算理论等相关研究工作。E-mail:zjuwwb1126@163.com
  • 作者简介:张智卿,男,1982年生,博士,教授,主要从事桩-土相互作用、地震工程方面的研究。E-mail:zhangzhiqing2000@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52178367, No. 52478370, No. 52078465)

Analysis of the horizontal vibration of an end-bearing pile embedded in a transversely isotropic soil

ZHANG Zhi-qing1, LIU Xin2, LIU Kai-fu3, WU Jun-tao4, WU Wen-bing5   

  1. 1. School of Architecture and Energy Engineering, Wenzhou University of Technology, Wenzhou, Zhejiang 325035, China; 2. College of Marine Science and Technology, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China; 3. School of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, Zhejiang 310018, China; 4. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China; 5. Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China
  • Received:2025-05-12 Accepted:2025-08-18 Online:2025-11-14 Published:2025-11-11
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(52178367, 52478370, 52078465).

摘要: 基于弹性介质动力学理论,采用解析的方法研究了横观各向同性土体中端承桩的水平振动响应问题。通过引入位移势函数,对土体控制方程进行解耦,并运用分离变量法推导出桩周土体位移与应力的通解。结合桩-土界面的连续条件,将桩周土对桩身的水平复阻抗代入桩的运动方程,进而获得桩身位移、转角、弯矩和剪力的解析解,同时推导了桩顶水平、摇摆和水平-摇摆动力复阻抗的表达式。通过与已有理论解的对比,验证了提出解的可靠性与准确性。在此基础上,系统分析了土体各向异性力学参数对桩水平振动特性的影响。结果表明,各向异性模量比对桩顶动力复阻抗以及桩身水平位移、转角、弯矩和剪力沿深度分布均具有显著影响。

关键词: 桩, 横观各向同性土体, 水平振动, 解析解

Abstract: Based on the dynamic theory of elastic media, the horizontal vibration of end-bearing piles embedded in a transversely isotropic soil is studied via an analytical scheme. By introducing displacement potential functions, the governing equations of the soil are decoupled, and the general solutions for the displacement and stress fields around the pile are derived using the method of separation of variables. Applying the continuity conditions at the pile–soil interface, the horizontal complex impedance of the surrounding soil is incorporated into the motion equation of the pile, leading to analytical solutions for the displacement, rotation angle, bending moment, and shear force of the pile. In addition, explicit expressions for the horizontal, rocking, and coupled horizontal–rocking dynamic impedances at the pile head are derived. Comparison with existing theoretical solutions confirms the accuracy and reliability of the proposed method. Furthermore, the influence of soil anisotropy parameters on the horizontal vibration characteristics of the pile is systematically analyzed. The results indicate that the anisotropic modulus ratio has a significant impact on the dynamic impedance at the pile head, as well as on the distribution of horizontal displacement, rotation angle, bending moment, and shear force along the pile depth.

Key words: pile, transversely isotropic soil, horizontal vibration, analytical solution

中图分类号: TU 473
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