• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律研究

韩俊艳,  万宁潭,  赵密,  许照刚

韩俊艳, 万宁潭, 赵密, 许照刚. 打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律研究[J]. 震灾防御技术, 2020, 15(2): 274-284. doi: 10.11899/zzfy20200205
引用本文: 韩俊艳, 万宁潭, 赵密, 许照刚. 打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律研究[J]. 震灾防御技术, 2020, 15(2): 274-284. doi: 10.11899/zzfy20200205
Han Junyan, Wan Ningtan, Zhao Mi, Xu Zhaogang. Research on Vibration Attenuation of Free Field Soil under Pile Driving Load[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2020, 15(2): 274-284. doi: 10.11899/zzfy20200205
Citation: Han Junyan, Wan Ningtan, Zhao Mi, Xu Zhaogang. Research on Vibration Attenuation of Free Field Soil under Pile Driving Load[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2020, 15(2): 274-284. doi: 10.11899/zzfy20200205

打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律研究

doi: 10.11899/zzfy20200205
基金项目: 

北京市微振动环境控制工程技术研究中心开放课题 40004014201901

详细信息
    作者简介:

    韩俊艳, 女, 生于1983年。副教授, 博士。主要从事地下结构抗震方面的研究。E-mail:junyanhan@bjut.edu.cn

Research on Vibration Attenuation of Free Field Soil under Pile Driving Load

  • 摘要: 为研究打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律,建立了考虑桩-土相互作用的二维有限元数值模型,并通过Lamb问题解析解验证了数值模型的有效性。通过分析打桩深度、土体阻尼比、打桩荷载等级和土质条件等因素的影响,研究了土体表面振动特性及振动衰减规律。参数分析表明,打桩深度对微振动的影响较小,在距振源一定距离处的土体表面振动响应基本保持一致;土体阻尼比对土体表面振动的影响显著,阻尼比越小,土体表面振动响应越剧烈;不同场地软硬条件影响微振动的限制距离,在一定距离范围内,土质越软,土体表面振动响应越显著,防振距离越长。基于参数分析结果,对峰值速度衰减曲线进行拟合,拟合公式计算结果与模拟结果较吻合,可为振动敏感建筑场地的选择提供参考。
  • 图  1  数值解与解析解对比

    Figure  1.  Comparison between the numerical solution and the analytical solution

    图  2  冲击力时程曲线

    Figure  2.  The time history curve of the impact force

    图  3  有限元数值模型

    Figure  3.  Finite element numerical model

    图  4  不同打桩深度地面速度时程

    Figure  4.  Time history of ground velocity at different pile depths

    图  5  不同打桩深度振动峰值曲线

    Figure  5.  The vibration peak curves at different pile depths

    图  6  不同阻尼比下振动响应峰值曲线

    Figure  6.  Peak response curves of vibration under different damping ratios

    图  7  不同场地条件下的振动峰值曲线

    Figure  7.  Peak vibration curves under different site conditions

    图  8  拟合曲线

    Figure  8.  Fitting curve

    表  1  材料参数

    Table  1.   Material parameters

    工况 材料 密度/kg·m-3 弹性模量/MPa 泊松比
    工况1 黏土1(0—200m) 2000 30 0.35
    工况2 黏土2(0—200m) 2100 60 0.35
    工况3 黏土1(0—100m) 2000 30 0.35
    黏土2(100—200m) 2100 60 0.35
    工况4 黏土1(0—100m) 2100 60 0.35
    黏土2(100—200m) 2000 30 0.35
    桩 2500 2×103 0.20
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    表  2  工况1水平振动速度衰减公式系数取值

    Table  2.   The coefficient of velocity attenuation formula of horizontal vibration in working condition 1

    影响系数 ξ=0.05 ξ=0.15 ξ=0.25
    2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN
    a 0.0124 0.0248 0.0371 0.0019 0.0038 0.0057 0.0017 0.0035 0.0052
    b -0.0987 -0.0987 -0.0987 -0.0809 -0.0809 -0.0809 -0.0790 -0.0790 -0.0790
    c 3.08×10-4 6.17×10-4 6.17×10-4 6.17×10-4 1.57×10-5 2.35×10-5 4.61×10-5 9.22×10-5 1.38×10-4
    d -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148
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    表  3  工况2水平振动速度衰减公式系数取值

    Table  3.   The coefficient of velocity attenuation formula of horizontal vibration in working condition 2

    影响系数 ξ=0.05 ξ=0.15 ξ=0.25
    2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN
    a 0.0161 0.0321 0.0482 0.0022 0.0044 0.0066 0.0019 0.0038 0.0056
    b -0.1083 -0.1083 -0.1083 -0.0782 -0.0782 -0.0782 -0.0828 -0.0828 -0.0828
    c 3.38×10-4 6.75×10-4 0.001 1.24×10-4 2.47×10-4 3.71×10-4 5.60×10-5 1.12×10-4 1.68×10-4
    d -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148 -0.0148
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    表  4  工况1竖向振动速度衰减公式系数取值

    Table  4.   The coefficient of the attenuation formula of vertical vibration velocity in working condition 1

    影响系数 ξ=0.05 ξ=0.15 ξ=0.25
    2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN
    a 0.0118 0.0237 0.0355 0.0016 0.0033 0.0049 0.0027 0.0055 0.0082
    b -0.0851 -0.0851 -0.0851 -0.1120 -0.1120 -0.1120 -0.1151 -0.1151 -0.1151
    c 2.60×10-4 5.20×10-4 7.80×10-4 1.55×10-4 3.09×10-4 4.64×10-4 1.77×10-4 3.53×10-4 5.30×10-4
    d -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182
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    表  5  工况2竖向振动速度衰减公式系数取值

    Table  5.   The coefficient of the attenuation formula of vertical vibration velocity in working condition 2

    影响系数 ξ=0.05 ξ=0.15 ξ=0.25
    2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN 2000kN 4000kN 6000kN
    a 0.0119 0.0237 0.0356 0.0108 0.0216 0.0324 0.0028 0.0055 0.0083
    b -0.0857 -0.0857 -0.0857 -0.1544 -0.1544 -0.1544 -0.1132 -0.1132 -0.1132
    c 3.21×10-4 6.41×10-4 9.62×10-4 2.91×10-4 5.82×10-4 8.73×10-4 1.64×10-4 3.29×10-4 4.93×10-4
    d -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182 -0.0182
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  • 收稿日期:  2020-02-04
  • 刊出日期:  2020-06-20

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