大直径桩横向瞬态振动的三维数值模拟和动力特性分析

摘要

本文重点研究了大直径桩横向瞬态振动的动力特性。首先，在笛卡尔坐标系中建立一个三维桩土模型，然后根据弹性理论得到桩土模型的弹性波动方程和定解条件。为了吸收边界的反射波，在这里采用了二阶Higdon吸收边界条件，很好的对边界处的反射波进行了吸收，满足了所研究问题的需要，减少了计算单元数目，提高了求解效率。然后根据边界条件和初始条件，运用交错网格的有限差分法得到方程的数值解。通过实测曲线和模拟曲线的对比，验证了数值解的准确性和可行性。然后根据不同时刻的波场图，直观的了解了波在桩土系统中的传播过程，并系统地分析了三维干扰的表现形式及影响因素，确定了三维干扰最小的信号接受位置。文中研究了桩底反射波相位的影响因素，也证实了横波在判别浅部缺陷的优越性。通过改变桩的弹性模量、桩底土、桩周成层土等桩土参数，系统的分析了桩顶动刚度和动阻尼的变化情况，了解了大直径桩横向瞬态振动的动力特性。最后，讨论了缺陷桩中应力波的传播特点和桩顶的动力特性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外研究背景

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．2．3 当前研究趋势及意义

1．3 本文主要研究内容

第二章 三维桩土模型与定解问题

2．1 桩土模型

2．2 三维直角坐标系下的弹性动力学的基本方程

2．3 定解条件

2．3．1 初始条件

2．3．2 边界条件

第三章 定解问题的差分离散

3．1 波动方程的差分离散

3．2 定解条件的差分离散

3．3 稳定性条件

第四章 吸收边界条件

4．1 Higdon吸收边界条件与差分离散

4．2 二阶Higdon吸收边界条件的盒式差分离散

4．3 交错网格条件下的吸收分量

第五章 数值计算与分析

5．1 桩土模型的三维网格化

5．2 大直径桩的三维模拟

5．3 三维干扰

5．3．1 桩顶面三维干扰的最小点

5．3．2 激振力作用时间对三维干扰的影响

5．4 吸收边界条件和波的传播

5．5 桩底反射波的相位

5．6 横波在浅部缺陷判别上的优越性

第六章 大直径完整桩横向振动的动力特性

6．1 桩周土的影响

6．1．1 上层土的影响

6．1．2 中层土的影响

6．2 桩底土的影响

6．3 桩径的影响

6．4 桩体弹性模量的影响

第七章 大直径缺陷桩横向振动的动力特性

7．1 扩径桩的动力特性

7．1．1 扩径段的长度对桩顶动力特性的影响

7．1．2 扩径段的直径对桩顶动力特性的影响

7．2 缩径桩的动力特性

7．2．1 缩径段的长度对桩顶动力特性的影响

7．2．2 缩径段的直径对桩顶动力特性的影响

7．3 缩径桩和扩径桩的动力特性对比

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况