一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法

本发明涉及工程施工，尤其是一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法。

背景技术：

1、半埋入式群桩作为一种可靠的基础支撑体系，被广泛应用于桥梁、码头和高耸建筑等各类工程结构当中。近年来，对于完全埋入式桩基振动问题的研究较为丰富，而对于半埋入式桩基水平振动特性的研究相对较少。此外，对于管桩，桩芯土的存在会使其水平振动特性与实体桩存在明显差异，且已有研究表明，管桩桩芯土塞效应对管桩振动特性的影响显著，如何获取管桩桩芯土塞效应对管桩振动特性是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题而提出了一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法。

2、本发明采用的技术手段如下：一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，包括以下步骤：步骤1、建立层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析模型；步骤2、基于biot动力固结理论，对所述层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析模型，建立novak平面应变条件下第i层段桩侧饱和土体的控制方程、第i层段桩芯饱和土塞部分的控制方程以及第i层段管桩桩身水平振动控制方程；步骤3、设置所述层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析模型的桩-土系统边界条件；步骤4、基于所述桩-土系统边界条件求解所述第i层段桩侧饱和土体的控制方程，获得第i层段桩侧饱和土体对桩身的水平作用力；基于所述桩-土系统边界条件求解所述第i层段桩芯饱和土塞部分的控制方程，获得第i层段桩芯饱和土塞部分对桩身的水平作用力；基于所述桩-土系统边界条件求解所述第i层段管桩桩身水平振动控制方程，获得半埋入式管桩桩顶水平阻抗；步骤5、基于所述第i层段桩侧饱和土体对桩身的水平作用力、第i层段桩芯饱和土塞部分对桩身的水平作用力和半埋入式管桩桩顶水平阻抗，求解桩-桩水平动力相互作用因子；步骤6、基于所述桩-桩水平动力相互作用因子，求解半埋入式管桩群桩桩顶水平阻抗。

3、与现有技术比较，本发明公开的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法具有以下有益效果：基于biot动力固结理论和novak平面应变理论，提出一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其采用的层状土体模型、半埋入式管桩模型分别考虑了地基土体的纵向非均质效应以及管桩未埋入段的复杂工况，能够更好地模拟实际工程中半埋入式管桩桩身脱离桩周土体的约束作用，适用于研究水平简谐荷载作用下半埋入式群桩动力响应问题；本发明将桩周饱和土体视为纵向非均质效应，且考虑了管桩桩芯土塞效应的影响，可为半埋入式群桩水平振动提供理论指导和参考作用。

技术特征：

1.一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤2中，基于biot动力固结理论，建立novak平面应变条件下第i层段桩侧饱和土体的控制方程具体为：

3.根据权利要求1或2所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤3中设置所述层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析模型的桩-土系统边界条件包括桩-桩侧饱和土边界条件、桩-桩芯饱和土塞部分边界条件以及半埋入式管桩边界条件；

4.根据权利要求3所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤4中基于所述桩-土系统边界条件求解所述第i层段桩侧饱和土体的控制方程，获得第i层段桩侧饱和土体对桩身的水平作用力具体为：分别对第i层段桩侧饱和土中土骨架与流体引入势函数：

5.根据权利要求4所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤4中基于所述桩-土系统边界条件求解所述第i层段桩芯饱和土塞部分的控制方程，获得第i层段桩芯饱和土塞部分对桩身的水平作用力具体为：分别对第i层段桩芯土塞部分的土骨架与流体引入势函数：

6.根据权利要求5所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤4中基于所述桩-土系统边界条件求解所述第i层段管桩桩身水平振动控制方程，获得半埋入式管桩桩顶水平阻抗具体为：

7.根据权利要求3所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤5中基于所述第i层段桩侧饱和土体对桩身的水平作用力、第i层段桩芯饱和土塞部分对桩身的水平作用力和半埋入式管桩桩顶水平阻抗，求解桩-桩水平动力相互作用因子具体为；

8.根据权利要求4所述的层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，其特征在于：所述步骤6中基于所述桩-桩水平动力相互作用因子，求解半埋入式管桩群桩桩顶水平阻抗具体为：

技术总结
本发明公开了一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析方法，基于Biot动力固结理论对建立层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动分析模型建立Novak平面应变条件下第i层段桩侧饱和土体、桩芯饱和土塞和管桩桩身水平振动的控制方程；并设置模型的桩‑土系统边界条件；基于边界条件求解所述第i层段桩侧饱和土体、桩芯饱和土塞和管桩桩身水平振动的控制方程，获得第i层段桩侧饱和土体、桩芯饱和土塞部分和对桩身的水平作用力以及半埋入式管桩桩顶水平阻抗进而求解半埋入式管桩群桩桩顶水平阻抗。本发明将桩周饱和土体视为纵向非均质效应，且考虑了管桩桩芯土塞效应的影响，可为半埋入式群桩水平振动提供理论指导和参考作用。

技术研发人员：崔春义,梁志孟,张鹏,刘海龙,刘方,王坤鹏,李刚,傅少君
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21