竖向入射地震P波激励下桩-土运动相互作用理论研究

摘要

考虑土体三维波动效应和桩-土运动相互作用，研究了竖向入射地震P波激励作用下端承单桩的地震响应问题。将竖向入射地震P波模拟为基岩处简谐纵向位移，同时考虑桩周土体纵向和径向位移，建立土体三维波动控制方程。将桩周土位移假设为自由场和散射场位移的叠加，推导得到地震作用下桩周土对桩的反力表达式。将桩假定为一维欧拉杆，然后将桩周土体反力表达式代入桩身控制方程，考虑桩-土连续条件及桩顶和桩底边界条件，求得了竖向入射地震P波激励下端承单桩地震响应解析解。将文中所得解与已有文献结果进行对比，验证了文中解的合理性。基于所得理论解，研究了桩-土主要参数对桩顶地震放大系数和运动响应因子、桩身位移和桩周土体地震反力以及桩周土体动力Winkler参数的影响。研究表明：地震P波作用下，桩-土体系中存在共振现象，且在土层1阶共振频率处共振最明显；桩长径比和桩-土模量比对桩顶地震放大系数和运动响应因子影响显著；桩身位移随着桩长径比减小或桩-土模量比增大而显著减小；与长桩和柔性桩相比，在地震激励作用下短桩和刚性桩受到的桩周土体地震反力更大；桩周土体动力Winkler参数受桩长径比的影响尤为突出，且随着桩长径比的增大而显著减小，而其受桩土模量比影响较小。研究成果可为桩基抗震分析和设计提供理论依据。

关键词

桩-土运动相互作用 / 三维波动效应 / 地震响应 / 地震P波 / 端承桩