• 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
    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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