桩土相互作用阻尼系数试验结果与其他结果的对比
桩_土_结构动力相互作用研究现状与进展_邓浩昀
第39卷第1期2017年2月工程抗震与加固改造Earthquake Ｒesistant Engineering and ＲetrofittingVol.39，No.1Feb．2017［文章编号］1002-8412（2017）01-0001-07DOI ：10.16226/j．issn．1002－8412.2017.01.001桩－土－结构动力相互作用研究现状与进展邓浩昀1，金新阳2，顾明1（1．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092；2．中国建筑科学研究院，北京100013）［提要］桩－土－结构动力相互作用是地震工程重要的研究方向之一。
本文回顾了近年来国内外桩－土－结构动力相互作用的研究历史，同时对该领域的研究现状进行介绍，简述了桩－土－结构动力相互作用解析法、数值分析、试验和原型观测的研究进展，并对该领域今后的研究方向给出了一些建议。
［关键词］动力相互作用；桩基础；地震工程；文克尔模型；有限元－边界元［中图分类号］D315．9［文献标识码］AＲesearch Status and Development of Dynamic Soil-pile-structure InteractionDeng Hao-yun 1，Jin Xin-yang 2，Gu Ming 1（1．State Key Liboratory of Disaster Ｒeduction in Civil Engineering ，Tongji University ，Shanghai 200092，China ；2．China Academy of Building Ｒesearch ，Beijing 100013，China ）Abstract ：Dynamic soil pile structure interaction （DSPSI ）is an important field of the earthquake engineering．The research history of DSPSI are reviewed ，and an attempt is made to summarize the current situation．The progress of the analytic solution ，numerical analysis ，experiments and the prototype in this area is introduced．Furthermore ，some suggestions for future studies in the DSPSI are also presented．Keywords ：dynamic interaction ；pile foundation ；earthquake engineering ；Winkler model ；FEM-BEM E-mail ：910702dhy@tongji．edu．cn［收稿日期］2016－09－09桩－土－结构动力相互作用（SPSI ）是一个涉及到结构动力学、土动力学、地震工程学、地质学、岩土力学、材料科学、计算数值分析等多种技术学科的研究课题，主要包括刚性运动相互作用和惯性相互作用。
用MIDAS模拟桩土相互作用
用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）迈达斯技术2009年05月1、引言土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。
桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。
至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。
从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。
60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国外得到了广泛的应用。
集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。
以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。
并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。
土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规中土弹簧的计算方法。
我国公路桥涵地基与基础设计规(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。
但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。
特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。
端承桩和摩擦桩的试验对比研究
表１ 。
表 １ 砂 土 的物 理 性 质
名称
砂 土
引 言
当混 凝 土桩 应 用 于硬 土 层 时 ， 桩基 周 边 的 土体
湿 重度
１ ７ ． ９
干 重 度
１ ４ ． １
孔 隙 比
处理 ， 并且 对 钢筋 混 凝 土 结 构进 行 防水 处 理 。在 基
阀门 。同样采 取对 照 组 试验 ， 在 另一 个 相 同条 件 的 基坑 内注 满水 ， 随 后均 匀 地 从 基 坑顶 部 向下 填 充 细 砂， 确保 试验组 与对 照组试 验具 有相 似 的密实 度 ， 并 且 在指定 位置 布置 压力计 、 沉 降计 和孔 隙水压 力计 。
文章 编 号 ： １ ０ ０ ９— ９ ４ ４ １ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ ３— ０ ｏ ２ ４— ０ ２
端 承 桩 和 摩 擦 桩 的试 验 对 比研 究
口 口 杨 虎 青 （ 太 原太 工天 昊土 木工 程检测 有 限公 司 ， 山西 太 原
摘 要： 通 过对桩基 竖 向静 载压力下 的模拟试 验 ， 分析 了相
底 制作排 水 管 并 设 置排 水 阀 ， 其中排水管设置 ２ ％ 的坡道 ， 以方 便排 水 。制作排 水管 时 ， 应在排 水 管上 部 均匀 打孔 ， 并用 细纱 布对孔 进行 包裹 ， 以免 细砂 随 着 水流 进入 排水 管造成 堵塞 。
１ ． ２ 桩 周砂 的选 取
在沉降计顶部和地表布置一定数量 的百分表 ， 最后 打 开 阀门 ， 将 基坑 内 的水 降 到砂土 表 面。
土体对桩基产生 向下的摩擦力 ， 产生 的摩擦 力称 为 负摩 阻力 。负摩 阻 力 是 桩基 与土 体 之 间 的作 用 力 ，
用MIDAS模拟桩土相互作用
1 用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度）北京迈达斯技术有限公司2009年05月1、引言土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。
桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。
至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。
从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。
60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。
集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。
以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。
并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。
2 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。
我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien 的方法要简单和方便，且为国内广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。
但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。
特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。
桩-土相互作用的模型试验研究
沉 管 等施 工 过程 中或 在 打桩 过程 中 由于 捶 击偏 心 或 其 他原 因 ， 免会 出现 断裂 、 难 混凝 土 离 析 、 颈 、 缩 扩 颈、 破裂 、 位等 质量 缺 陷 。 错 由于桩周 土 的存在 ， 对基 桩 缺 陷程 度仍 然只 能进行 定 性分 析［ ］因此客 观评 １。
２． ０
１５ ．
１０ ．
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０． ５
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图 ４ 桩底 土 刚 度 系 数 对 底 部 反 射 的 影 响
图 ５ 桩 底 土 阻 尼 系 数对 底 部 反 射 的 影 响
７ ２
佛 山科 学技 术 学院 学报 （ 自然科 学版 ）
第２ ９卷
———＝ — ： 一 ６ （ ，Ｊ， ——— —一 ０ ｌ ． ． 。 ＣＪ ｚ ） ￡
～ （） ０， ３
求 解式 （ ） 得 ３可
（－ Ｙ， ）＝ ｎ （ ｅ ＋ ｄ （ ｅ ） ｌ ） ， （） ４
式 （） ６ 中得
ｄ一 ［ Ｊ— Ｒ 一 ， ］ 式 （） ， ７ 中 Ｒ＝Ｓ Ｕ为 回传射 线矩 阵 ， Ｐ Ｊ为单 位矩 阵 。
（） ７
求 出 口和 ｄ后 ， 可求 出任一 点 的任意 物理量 ， 以脉 冲作 用点 （ 即节 点 １ 的速 度波 为例 ， ） 有
Ｖ 一
桩土阻尼作用下低应变法可测桩长的分析
与桩侧土的上覆有效压力有如式（ ） 表示的关 系 ， ４所 相 同应力条件下砂土的阻尼系数最小 ，粉土次之 ， 黏
土最 大
２ 有限元模 拟分 析
３ ／：Ｃ ｅ （） ４
式中： 为桩侧土的上覆有效应力（Ｐ ）ｃ、２ ｋ ａ ； Ｃ 的取值 如表 １ 所示 。
表 １ Ｃ、 ２ 。Ｃ 的取 值
１２ 桩 土阻尼 系数 与桩 身长度 的关 系 ．
通过 阻尼系数最小 的天然砂土和阻尼 系数最大 的饱和软黏土的计算分析 ，可 以看 出对于低应变法 ， 要采集到清晰的桩底反射 ， 其可能的最大桩长范围介
于 ３ — ５Ｉ 之 间。 １４ Ｉ Ｔ
阻 尼 系数受 土 质 条件 和饱 和 状态 对 的影 响 ， 同时
匀 的条件下 ， 桩周土对桩 的作用简化为开尔文力学模 型， 即土对桩 的作用用一个线性弹簧和线性阻尼器并 联的方式共同作用 ， 中分布弹簧刚度系数为 ， 其 分布 阻尼系数为 。而桩身应力波的衰减几乎不受桩侧土
刚度 的影 响闭 因此 ， 略桩 土 刚度 比 的影 响 ， 只考 ， 忽 而 虑 桩侧 土 的阻尼作 用 。
ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ － ｉ ｎ ｉｎ ｌ ａ ｅ ｔ ｅ ｒ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈ ｐ ｏ ｍｐｉ ｄ ａｉ ｎ ｉ ｅ ｇ ｈ ｓｇ ｔ ｈ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ａ ｖ ｏ ｙ ｎ ｅ ａｉ ｓ ｉ ｆ ｏ ｗ ｈ ｈ ｏ ａ ｌ ｕ ｅ ｒ ｔ ａ ｄ ｐ ｌ ｌ ｎ ｔ ｓｉ ｏ ，ｔｅ ｔ ｏ ｅ
） 一 ，
（） １
桩处理 ， 忽略桩底土作用。为了便于分析， 忽略桩身材
收稿 日期 ： ０ ０ １ － ５ ２ １－ １ １ ；修回 日期 ： １－ ２ ２ ２ １０ － ８ ０
JTJ249-2001港口工程桩基动力检测规程
港口工程桩动的力检测规程瓜249—20011总则1.0.1为统一港口工程桩基动力检测方法和技术要求，有效控制工程 检测质量，制定本规程。
1.0.2本规程适用于港口工程混凝土预制桩、灌注粧、钢桩和组合粧 的髙应变以及混凝土预制桩、灌注桩的低应变动力检测。
通航建筑物和修造 船水工建筑物的桩基动力检测可参照执行。
1.0.3桩基动力检测的范围应符合现行行业标准《港口工程桩基规范》(几!^)的有关规定。
1.0.4港口工程桩基动力检测，除应符合本规程外，尚应符合国家现 行标准的有关规定。
2符号2.0.1 X-----桩身截面积（^#)。
2.0.2 6^桩身应力波波速（^/^)。
2.0.3 0^^同一场地内多根已测合格桩桩身应力波平均波速（^^)。
2.0.4 2^桩材弹性模量（趴)。
2.0.5 ―桩锤实际传递给桩的能量⑴)。
2.0.6 ！^完整桩的特征频率（也)。
2.0.7 ！^缺陷的特征频率（出)。
2.0.8 8^某时刻测点处实测的锤击力（…)。
2.0.9 8：^某时刻测点处下行波的幅值（咖)。
2.0.10 8皿^力传感器测得的最大锤击力（欣)。
2.0.11 8 “）、8 (匕）^；1、；2时刻测点处实测的锤击力（抓)。
2.0.12 8 “）^缺陷反射峰对应时刻测点处实测的力（抓)。
2.0.13 8 (^) ^V时刻测点处实测的力（抓)。
―1198 ―2.0.14一一某时刻测点处上行波的幅值（抓)。
2.0.15呂—重力加速度（&^2)。
2.0.161+-0-82法阻尼系数。
2.0.171一传感器与粧顶间的距离（&X2.0.181-―测点以下桩长（&夂2.0.19！~一缺陷以上部位土阻力的估计值（咖)。
2.0.2020-82法确定的单桩极限承载力（咖)。
2.0.21广一锤击力作用下应力波反射到测点的时间（&8)02.0.2212―速度第一峰和第二峰对应的时刻（&^)。
2.0.23―桩底反射波到达的时间（&8)02.0.2436―缺陷反射峰所对应的时刻（&^)。
单桩承载力的动静试验对比分析
卜的 檄 毁 蛾
推导 可得 桩 的一维 波 动方 程 ：
ａ “ ， ２ ａ ２ ２ １ 旦一 Ｏｔ ２一 Ｏｘ。 ｏ ・Ａ
一 … ．
Ｑ 一 坏 荷 载
＼
Ｉ
１２ ２ 高 应 变确定 地 基承 载力 及桩 完 整性 的方法 ．．
目前 工程 中主 要应 用 的是 Ｃ ｓ 法 和实 测 曲线 拟合 ａｅ
１１１ 静 载 试验 原理 ．． 通过 反力 装置 分 级对 桩顶 施加 垂直 荷 载 ， 每 级荷 在 载作 用下按 规 定时 间 间隔测 读 桩顶 沉降 量 ， 获得 可 供分 析判 定桩顶 荷 载 与 桩 顶 沉 降 关 系 的 Ｑ—ｓ曲线 （ １ ， 图 ） 当桩 顶沉 降量 达到某 条 件或 某 数值 时 ， 可认 为岩 土 阻力 已充 分发挥 ， 桩 已破 坏 ， 而 求得 桩 的极 限承 载力 。 或 从
波 阻抗或 桩身 截 面力 学阻抗 为 Ｚ＝Ａｐ 其桩 身 应 力应 Ｃ； 变关 系可 写 为 ：
口一 Ｅ ・ｅ
Ｆ— Ａ ・Ｅ ・ ｅ
－ ｏ Ｚ Ｑ — ・ 一
例 界
载
假设 土 阻力是 由静 阻 力和 动 阻力两 部分 组成 ：
Ｒ — Ｒ Ｒｄ ＋
Ｈ 衙 载 谨
２ １ 年第 ９ ０１ 期
西部 探 矿工 程
１ ７
单 桩 承 载 力 的 动 静 试 验 对 比分 析
曾 军
（ 南省 工程 勘察 院 ， 南 娄底 ４ ７ ０ ） 湖 湖 １ ０ ０
摘
要 ： 定桩 基承 载力 的 方法 主要 包括 静载 试 验及 大应 变 ， 确 通过 实 际工 程 实例 ， 对动 静 试 验进 行 对
＊ 收 稿 日期 ：０ ０１—２ 修 回 日 期 ：０ ０ １—０ ２ １ —１１ ２ １－ １３
桩端岩土差异对超长桩影响的对比分析
长、 径 比是 ７ ２， 桩 端 沉渣 ３ ０ ａｍ； ｒ Ｂ桩 直 径 ｌ ｍ， 桩 长度 ７ ２ ｍ．
同桩 周岩 土 、桩 端的 条件 下 它们 的破 坏机 理 应该 在 达到 极 限 时
到８ １ ． ５的 超 长 灌 注桩 持 力 层 的 作 用 较 大 ． 在 进 入或 不入 硬 持 普 通 桩 相 比较 ， 超 长桩 在 不产 生 绕 曲破 坏 、 直径 也 足 够 大 ， 在 相 力层 时 ． 桩 的承 载 性 状 、 极 限承 载 力 等存 在较 大 区别 。 时有无沉渣进行对比 ， 与桩 端 岩 土层 相 比 ， 沉 渣 强 度要 低 得 多， 超 长桩 端 的岩 土 性 质 和 有 无 沉 渣有 很 大的 关 系。 对 比 有
地质探究
Ｌ ｏ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ Ｎ Ｗ Ｏ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ３ ／ ４
【 文章编 号】 ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ０ ０ ７ ６ — ０ ２
桩 端 岩土差 异 对超 长桩 影 响 的对 比 分 析
张 瑞 （ 江西省地 矿局水文地质工 程地质大队， 江西 南昌３ ３ ０ ０ ０ ０ ）
可以看 出， 在持 力层上覆土层土性较好 的条件 下 ， 长、 径 比 达 分比偏 小 ． 这是 桩 端岩 土相 对较 软 的桩 而 言。 桩 端岩 土较 硬 的情
况下 ． 桩 的情 况趋 向整 体 剪切破 坏 。 如图１ 所 示 。因为 一时 难 以
对超 长桩 进行 多方 面的研 究 ， 所 以不 能得 出它的承 载 力公 式 。 和
无论 其 桩端 岩 土性 质 怎样 变化 ． 是 不是 都属 于 单 纯的摩 擦桩 呢 ？
高应变桩基检测阻尼系数
高应变桩基检测阻尼系数
高应变桩基的检测阻尼系数是指在高应变环境下，桩基在受到地震或其他振动载荷作用时，桩基的能量损耗比例。
阻尼系数越大，表示桩基在振动中能量损耗越多，抗震能力越强。
阻尼系数的计算通常通过桩基的振动测试来获得。
常用的测试方法有自由振动法、受控地震法和振动台试验法等。
这些方法可用于测定桩基在振动激励下的动力特性和阻尼性能。
在高应变环境下，桩基检测的阻尼系数对于结构的抗震设计非常重要。
通过阻尼系数的测定，可以评估桩基的耗能能力和抗震性能，从而指导工程设计和抗震加固工作。
需要注意的是，阻尼系数的值可能会受到许多因素的影响，例如桩基的材料特性、几何形状、土壤条件等。
因此，在实际工程中，需要综合考虑各种因素，合理选择和确定桩基的阻尼系数，以确保桩基的抗震性能。
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拟 合分 析 发 现 两者 之 间 的 比值 可 以表示 为剪 切 波 速 的 甬数 。
关键词 ：桩土相互作用 ；阻尼系数 ；低应变 ；拟合分析 中图分类号 ： Ｕ ７ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１０ — ６ ８２ １ ）３０ ３— ５ ０ ３ ３ ８ （０ ０ ０ — ０ ４ ０
２ １ 年 ６月 ００
巾 国湮 湾 建 设
Ｃ ｉａＨａｂ ｕ ｎ ｉｅｒ ｇ ｈｎ ｒ ｏ ｒ ｇｎ ｅｉ Ｅ ｎ
Ｊ ｎ ，０１ ｕ ．２ ０
Ｔ ｔｌ ６ Ｎｏ ３ ｏａ １ ７， ．
第 ３期 总 第 １７ ６ 期
桩土相互作用 阻尼系数试验结果与其他结果的对 比
智 胜 英
（ 天津 港 Leabharlann 设公 司 ，天 津 ３０６） ０４ １
摘 要 ：当前如何考虑桩土之间的相互作用并将其定量化是 限制基桩缺陷定量分析方法准确性的重要 因素。低应 变 条件下将土对桩 的作用以粘滞阻尼器考虑 ，通过桩 土相互作用试验测定桩 顶速度响应并结合理论分析结果确 定桩侧 土在不 同状态下 的桩土相互作用 阻尼系数 。在现有的一些研究 中也有一些其他确定阻尼系数的方法 ，例如经过动力 平衡分析得 到桩侧土单位长度阻尼系数的理论 表达式 ，实际测定表达式 中各个参数即可确定相应阻尼系数 ；也有通 过 多次动静对 比试验得 到的阻尼系数经验值。由于各个阻尼系数定 义并不相同 ，参考试验时的实际情况确定各个参 数 ，进而将不同定义的阻尼 系数转化为同一量纲 ，分析 了不同阻尼系数 的差距 ，发现通过多次动静对 比试验得到的 Ｃ ｓ 阻尼系数 由于是在大应变情 况下得到的 ，相对桩土相互作用试验得到 的阻尼系数有较大差距 ，应用于低应变分 ａｅ 析并不合适 。而理论推 导得到的阻尼系数相对试验结果虽然并不一致 ，但是他们之间存在一定 的相关性 ，进而经过
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