《地震波作用下非飽和土中PHC管樁水平振動機理研究》是依託太原理工大學，由章敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：地震波作用下非飽和土中PHC管樁水平振動機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：章敏
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對PHC管樁地震回響計算理論和方法尚不完善的現狀，旨在建立土體非飽和條件下，PHC管樁在剪下波和Rayleigh波兩類主要地震波作用下水平振動的解析力學模型。項目首先引入水力迂曲度因子描述孔隙通道彎曲所引起的固、液間慣性耦合效應，改進現有非飽和土波動方程，通過方程解耦，求得剪下波作用下考慮樁土相互影響的非飽和自由場的位移和應力分布，再基於Novak薄層法原理，建立考慮土體徑向非均質和樁芯土部分填充影響下PHC管樁的水平振動理論模型，並藉助樁-土-樁相互作用的疊加，進一步推導剪下波和Rayleigh波作用下PHC管樁群樁基礎橫向振動問題的頻域解答；同時開展考慮土-樁-結構相互作用的小型振動台試驗，研究不同地震動條件下，擠密區半徑和土體含水量對PHC管樁水平動力特性和破壞模式的影響，並驗證理論模型的可靠性。研究成果將推動PHC管樁地震回響分析理論的發展，並為其抗震適用性提供科學依據。
結題摘要
本課題基於修正的三相多孔介質波動方程和結構動力學理論，考慮樁土相互作用，對剪下波和Rayleigh波作用下非飽和土中管樁水平動力回響特性開展研究，完成了預期研究目標，取得了預期的研究成果。主要研究成果如下： (1) 基於Young-Laplace方程，建立了兩橢球顆粒與液橋相互作用的微觀水力計算模型，為研究低飽和土毛細作用機理及土-水特徵曲線提供了思路。 (2) 通過將孔隙迂曲效應引入孔隙流體的滲流連續性方程，對非飽和土波動方程進行修正，建立了雙層(帶表面層)非飽和地基中Rayleigh波的彌散特徵方程；並基於有限元-解析法，對帶覆蓋層飽和地基中R波的頻散特性進行了研究。 (3) 基於三相多孔介質波動方程，推導了SH波作用下非飽和土中土塞部分填充管樁水平地震回響解析解，並分別採用Novak三維連續介質模型和虛擬樁模型，求得了非飽和土中單樁水平動力阻抗的頻域形式解答。 (4) 在考慮地基土成層性、徑向非均質性、土塞部分填充及樁頂柔性約束等因素的基礎上，建立了飽和土中管樁水平及扭轉振動理論，討論了管樁樁身設計參數、土體參數等對管樁振動特性的影響。 (5) 通過開展管樁水平地震回響的小型振動台實驗及數值模擬研究，探討了地層分布、土體擠密擾動、土塞填充和樁頭連線形式等對管樁水平地震回響的影響規律。 (6) 在課題執行期內發表學術論文12篇，其中SCI/EI收錄論文5篇，申請發明專利16項，授權4項；另有兩篇論文正在外審。
