近十载研究成果：桩-土体系纵向耦合振动理论与方法

桩土体系纵向耦合振动一直以来都是土动力学、岩土工程和桩基工程等学科方向的交叉研究热点。桩土体系纵向耦合振动专题作为桩-土动力相互作用领域的重要方向，其涉及结构动力学、岩土饱和介质弹性波、数学物理解析方法、土与结构动力相互作用、桩基振动分析与检测等相关知识。

桩-土体系纵向耦合振动问题及应用范围

单相虚土桩模型

《桩-土体系纵向耦合振动理论与方法》是作者近十年中桩土体系纵向耦合振动相关研究成果的系统集成，其理论涉及Novak平面应变理论、三维连续介质力学理论、Biot多孔介质理论、DeBoar多孔介质理论以及Ontology（本体）理论和语义网技术。在内容上，其涵盖桩体桩侧土体系纵向耦合振动分析模型、桩体桩端土体系纵向耦合振动分析模型、桩身纵向振动分析模型以及缺陷桩振动与识别等多个方面。书中所有改进建立的振动分析解析模型和推得的对应解答，均通过与已有解答进行多维退化对比分析，验证了其合理性和精度。此外，本书还较为系统地论述了桩土体系纵向耦合振动专题的国内外研究现状。

桩-土耦合纵向振动解析理论作为桩基抗震、防振设计及动测技术的理论基础，一直以来亦是岩土工程领域研究的热点问题。国内外学者经过几十年不断努力，取得了较为系统的丰硕成果，但由于以往计算技术和理论的局限，尚有诸多问题需要完善和发展。综上所述，基于桩-土耦合纵向振动解析理论的国内外研究现状，概括地说有如下几个特点：

（１）桩周土体在桩基施工过程中会产生沿桩基径向的不均匀性，而此种径向非均质效应对桩基纵向振动特性的影响不可忽视。已有研究考虑此种效应时土体材料阻尼大多采用滞回阻尼模型（与频率及应变速率无关），其在解决非谐和激振问题时会在概念上引起矛盾，此时采用黏性阻尼模型更为合理。

（２）对于浮承桩情况，则多采用简化Winkler支承模型，其无法合理考虑桩底土体波动效应的影响。弹性半空间连续介质模型虽可考虑桩底土波动效应，但无法考虑桩底土厚度及成层特性对桩基纵向振动特性的影响。而桩与桩底土完全耦合单相介质虚土桩模型，可考虑桩底土厚度和成层特性的影响，但未考虑桩底土的饱和两相介质性。

（３）Euler-Bernoulli杆简化模型适用于细长桩的纵向振动问题，尽管应用于细长桩时能很好地满足计算精度要求，但随着桩径增大，杆件中质点存在明显的横向运动，此时仍采用基于平截面假定的Euler-Bernoulli杆模型，会引起较大误差。Rayleigh-Love杆虽能通过引入泊松比对横向惯性效应加以考虑，但亦无法真实考虑桩体自身的三维波动效应。

（４）用来描述饱和桩周土的Biot波动理论尽管应用于诸多工程领域中，但Biot波动控制方程中质量守恒方程和动量守恒方程存在一定局限性，Biot理论本质上是一种工程描述方法，在数学逻辑上和物理本质上仅具有近似的一致性。

（５）在实际工程应用中，桩身缺陷识别多采用模糊定性指标并依据检测人员工程经验粗略估计桩身完整性类别，存在诸多不确定性，且所给出的评价结果主观性较强。

根据上述所提出问题，本书将围绕以下内容展开：

（１）基于Novak理论的径向非均质单相土中桩基纵向振动解析模型与解答；

（２）基于三维连续介质理论的径向非均质单相土中桩基纵向振动解析模型与解答；

（３）径向非均质单相土中大直径桩基纵向振动解析模型与解答；

（４）考虑桩体径向波动效应的桩基纵向振动解析模型与解答；

（５）基于Biot多孔介质理论的虚土模型中桩基纵向耦合振动解析模型与解答；

（６）基于Boer多孔介质理论的饱和土-桩基体系纵向耦合振动解析模型与解答；

（７）桩基完整性评价的协同化知识库本体模型和识别程序开发。

内容简介/

本书是一部融合土动力学、岩土工程学与桩基动力工程学的交叉学科体系学术专著，集合了作者近十年来在桩土相互作用体系纵向耦合振动理论领域的科研成果，同时也较为全面地总结了该领域的最新国内外研究现状。

本书共8章，涉及Novak平面应变理论、三维连续介质力学理论、Biot多孔介质理论、De Boar多孔介质理论以及Ontology（本体）理论和语义网技术。在内容上，涵盖桩体桩侧土体系纵向耦合振动分析模型、桩体桩端土体系纵向耦合振动分析模型、桩身纵向振动分析模型以及缺陷桩振动与识别等多个层面。此外，本书所有改进建立的振动分析解析模型和推得的对应解答，均通过与已有解答进行多维退化对比分析，验证了其合理性和精度。

目录速览

序一

序二
前言
第1章　绪论　1
1.1　概述　1
1.2　桩-土相互作用体系纵向耦合振动理论研究现状　2
1.3　问题的提出与本书主要内容　8
第2章　基于Novak理论的非均质单相土中桩基纵向振动解析模酌解答　10
2.1　问题的提出　10
2.2　基于Novak理论的径向非均质土中管桩纵向振动解析解答　10
2.3　基于Novak理论的非均质土中管桩纵向振动解析解答　25
第3章　基于三维连续介质理论的非均质单相土中粧基纵向振动解析模型与解答　37
3.1　问题的提出　37
3.2　基于三维连续介质模型径向非均质土中实体桩纵向振动解析解答　37
3.3　基于三维连续介质模型径向非均质土中管桩纵向振动解析解答　52
3.4　基于三维连续介质模型双向非均质土中实体桩纵向振动解析解答　69
第4章　非均质单相土中大直径粧基纵向振动解析模型与解答　86
4.1　问题的提出　86
4.2径向非均质土单相土中大直径实体桩纵向振动解析解答　86
4.3　径向非均质单相土中大直径管桩纵向振动解析解答　101
4.4　双向非均质土中大直径缺陷管桩纵向振动解析解答　112
第5章　考虑桩体径向波动效应的桩基纵向振动解析模型与解答　124
5.1　问题的提出　124
5.2　考虑径向波动效应的黏弹性支承实体桩纵向振动特性分析　124
5.3　基于轴对称模型的黏弹性支承管桩纵向振动特性分析　140
第6章　基于Biot理论的饱和土中桩基纵向耦合振动解析模型与解答　160
6.1　问题的提出　160
6.2　基于Novak平面理论的饱和均质土中浮承桩纵向动力阻抗的虚土桩模型　160
6.3　基于Novak平面理论的饱和层状土中浮承桩纵向动力阻抗的虚土桩模型　171
6.4　三维饱和连续介质中基于虚土桩模型的桩顶纵向动力阻抗解　186
6.5　三维饱和层状土-虚土桩-实体桩体系纵向振动频域分析　204
第7章　基于Boer理论的饱和土中桩基纵向耦合振动解析模型与解答　225
7.1　问题的提出　225
7.2　基于Boer理论的饱和黏弹性地基中摩擦桩纵向动力阻抗　225
7.3　饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩纵向振动动力阻抗　239
7.4　下卧基岩单层饱和黏弹性地基中摩擦桩的纵向振动　259
第8章　桩基完整性评价的协同化知识库本体模型和识别程序开发　272
8.1　问题的提出　272
8.2　基于Ontology和解析方法的桩基完整性评价知识库框架　272
8.3　基于MATLABGUI的桩基完整性评价程序设计与开发　286
参考文献　295
附录A　PIE-P模块1回调程序　308
附录B　PIE-P模块2回调程序　310
附录C　PIE-P模块3回调程序　311
附录D　PIE-P模块4回调程序　315
附录E　PIE-P模块5回调程序　316
附录F　PIE-P程序运行结果　319

（本文编辑：王芳）

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