[发明专利]层状横观黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法

说明书

本发明公开了层状横观黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法，属于地基工程试验分析技术领域。本方法的de Boer基于连续介质混合物公理和体积分数概念建立的多孔介质理论，利用体积分数的概念，若干的微观性质可以直接通过宏观性质来描述，并且避免了杂交混合物理论中的繁杂公式。de Boer建立的多孔介质理论不仅符合连续介质力学和热动力学原理，并且具有许多Biot理论不具备的优点。此外，已有饱和土‑群桩动力相互作用的研究大多采用Dobry和Gazetas提出的桩‑土‑桩动力相互作用因子。而该桩‑桩动力相互作用因子为单相土的，对于饱和土问题其适用性尚需进一步研究。可为更为广义和复杂的群桩动力特性问题的研究提供理论指导和参考作用。

技术领域

本发明涉及层状横观黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法，尤其涉及层状横观各向同性饱和黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法，属于地基工程试验分析技术领域。

背景技术

目前，在实际工程中，桩基多以桩群的形式出现，在这种情况下必然要考虑“群桩效应”的影响。根据检索可知，关于饱和土-桩动力相互作用的研究大多是基于Biot饱和土介质模型开展，尽管Biot理论已成功应用于诸多工程领域中，但研究表明其理论模型存在一定的局限性和不足。比如最显著的是其与材料客观性原理以及热动力学第二定律不一致，存在争议。Biot理论对多孔介质力学行为的描述是建立在直观基础上的，从本质上讲，它是一种工程描述的方法。相较而言，de Boer基于连续介质混合物公理和体积分数概念建立的多孔介质理论，利用体积分数的概念，若干的微观性质可以直接通过宏观性质来描述，并且避免了杂交混合物理论中的繁杂公式。de Boer建立的多孔介质理论不仅符合连续介质力学和热动力学原理，并且具有许多Biot理论不具备的优点。此外，除了桩与饱和土之间的动力相互作用外，还需考虑桩与桩之间的相互作用。已有饱和土-群桩动力相互作用的研究大多采用Dobry和Gazetas提出的桩-土-桩动力相互作用因子，然而该桩-桩动力相互作用因子为单相土的，对于饱和土问题其适用性尚需进一步研究。基于层状横观各向同性饱和黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法尚属首次运用到桩基振动研究领域。在本次检索到的国内外公开发表的专利及非专利文献中，未见有与本项目整体研发内容相同的报道。

发明内容

本发明的目的在于设计了层状横观黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法，通过该方法实现地基工程试验分析。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为层状横观黏弹性土中部分埋入群桩的竖向振动分析方法，该方法的实现步骤如下，

1.1基于Boer多孔介质模型的饱和土体动力控制方程组

根据横观各向同性饱和黏弹性运动方程描述桩周土的动力学行为。多层土中的第k层土的运动方程表示为

式1.1-1.5中所有变量中带字母k均表示该变量属于第k层土；和分别表示土骨架和孔隙流体的体积分数，且满足饱和条件和分别表示土骨架和孔隙流体的体积密度；u_sk和u_fk分别表示土骨架和孔隙流体的径向位移；w_sk和w_fk分别表示土骨架和孔隙流体的竖向位移；表示孔隙流体压力；液固耦合系数其中g为重力加速度，而和分别表示r和z方向上的Darcy渗透系数；另外，

其中和分别表示水平和竖向弹性模量，表示竖向平面的剪切模量，为由水平应力导致的竖向应变的泊松比，为竖向应力引起的水平应变的泊松比，并且为水平应力引起的正交向水平应变的泊松比；τ_εk和τ_σk为表示土体黏性的参数；为α_k阶的Riemann-Liouville分数导数，且