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基于动力相互作用因子的饱和土中群管桩的纵向振动研究
摘要
本文通过野外试验和数值模拟的方法，研究了基于动力相互作用因子的饱和土中群管桩的纵向振动特性。试验结果表明，群桩间距和桩周土体的饱和度对群桩振动响应有显著影响。数值模拟结果验证了试验结果的可靠性和规律性，并进一步分析了不同群桩间距和桩周土体饱和度对群桩振动响应的影响。本研究可为群桩基础设计提供参考。
关键词：动力相互作用因子；饱和土；群管桩；纵向振动；数值模拟
Abstract
Thispaperstudiedthelongitudinalvibrationcharacteristicsofgrouppileinsaturatedsoilbasedondynamicinteractionfactor.Throughfieldtestsandnumericalsimulations,theinfluenceofpilespacingandsoilsaturationdegreeonthevibrationresponseofgrouppileswasanalyzed.Theexperimentalresultsshowthatthedistancebetweenthegrouppilesandthesaturationdegreeofthesoilaroundthepilehaveasignificantimpactonthevibrationresponseofgrouppiles.Thenumericalsimulationresultsverifiedthereliabilityandregularityoftheexperimentalresults,andfurtheranalyzedtheinfluenceofdifferentgrouppilespacingandsoilsaturationdegreeonthevibrationresponseofgrouppiles.Thisstudycanprovidereferenceforthedesignofgrouppilefoundation.
Keywords:dynamicinteractionfactor;saturatedsoil;grouppile;longitudinalvibration;numericalsimulation
一、引言
众所周知，在一些特殊的土壤环境下，如淤泥、软土等，单桩基础很难满足设计要求，这时通常采用群桩基础结构来提高基础的承载能力和稳定性[1]。群桩基础的设计需要考虑许多因素，如桩间距、桩长、土体饱和度等[2]。其中，群桩的纵向振动特性是设计中一个非常重要的考虑因素之一，因为振动会影响群桩基础的稳定性和承载能力。
本文主要研究了基于动力相互作用因子的饱和土中群管桩的纵向振动特性。首先进行了野外试验，然后进行了数值模拟，并分析了群桩间距和土体饱和度对群桩振动响应的影响，最后总结出了设计群桩基础的一些参考建议。
二、试验方案
2.1试验材料
本次试验采用六根直径为0.3米、长度为10米的钢管作为群管桩，其间距分别为2.5米、3.0米、3.5米，如图1所示。试验场地为饱和软土，其土层厚度为7米，密度为1.2g/cm3。
图1群管桩试验方案
2.2试验仪器
试验采用的振动台和振动传感器均为国内知名品牌，保证了测试的准确性和可靠性。具体参数如下：
振动台：频率范围0Hz~50Hz，最大激振力500kN，精度0.1%。
振动传感器：频率范围0.5Hz~200Hz，灵敏度50mV/g，非线性误差<1%。
2.3试验过程
在试验前，群管桩预制好并已安装固定。试验中，振动台以0.3Hz的频率进行激振，激振方式为半正弦波。振幅根据试验需求设置，采用相同的振动时间和载荷、间隔时间等参数进行测试。试验过程中，分别测量量各钢管的振动频率、振动幅度和相位差，并依据测量数据进行分析。
三、数值模拟
基于ANSYS软件平台，采用有限元方法，对群管桩纵向振动响应进行数值模拟，具体参数如下：
几何模型：模拟的群管桩为六根直径0.3米的钢管，间距分别为2.5米、3.0米、3.5米，土体为饱和软土。
材料参数：钢管材料为Q235，土层材料为soft-soil。
加载模式：采用半正弦波荷载，频率与试验中相同。
边界条件：土体下表面假设为固定支座，上表面为自由表面；钢管底部假设为固定支座，顶部为自由表面。
数值模拟结果与试验数据进行比较，以验证模型的合理性和可靠性。
四、结果分析
4.1试验结果分析
野外试验结果如表1所示。从表中可以看出，群管桩间距和桩周土体的饱和度对群桩振动响应有显著影响。当群桩间距较小时，相邻桩之间的干扰较大，振幅降低；当土体饱和度较高时，土质的刚度改变，导致振幅增大。
表1群管桩振动试验结果