地震条件下桩前存在开挖的抗滑桩动力地基系数法研究

目前,在国内各行业抗滑桩静力地基系数法（m法）的计算中，没有考虑抗滑桩前土体需要开挖的情况，而这种开挖对抗滑桩计算的影响非常大。鉴于此，本项目申请人对此问题进行了详细的研究，取得了重要成果，获得了一套完善的计算方法[1]-[6]。.本项目首次在国内、国外将静力地基系数法的概念应用在地震条件下桩前存在开挖时抗滑桩的计算中，重点考虑桩前需要开挖时桩后开挖面以上土体对抗滑桩后侧的影响，可获得这种情况下抗滑桩设计计算的全部计算过程所需公式和有限杆单元法的计算机程序。.本方法与建筑结构的地震时程法一样采用人工合成和实际的地震加速度时程曲线作为坡底地震作用的输入，然后将桩底的震动过程按结构动力学剪切梁的求解方法得到，再用本项目的动力地基系数法（动力m法概念为基础的有限杆单元法）计算桩的震动问题。本文将理论研究与地震作用下的动力离心机实验结果相联系，进行反分析和相互验证，期望达到本项目的目的。

目前，在国内各行业抗滑桩静力地基系数法（法）的计算中，没有考虑抗滑桩前土体需要开挖的情况，而这种开挖对抗滑桩计算的影响非常大。鉴于此，本项目组对此问题进行了详细的研究，取得了重要成果，获得了一套完善的计算方法。.本项目首次在国内、国外将静力地基系数法的概念应用在地震条件下桩前存在开挖和不存在开挖时抗滑桩的计算中，具体的方法是采用动力杆有限单元法，将桩进行离散处理，并采用地基系数法计算桩侧土对桩的抗力作用，将结构动力学中的多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法应用于动力杆有限单元法中。将杆多质点体系简化为前三阶振型的叠加，最后获得桩的弯矩和位移的时程解。本项目具体还做了如下工作：.（1）桩的横向振动弹簧刚度，也可称为动力地基系数。本项目用共计5章的篇幅研究了这个问题。为了计算均质土和多层土在滑坡面为倾斜时（静力地基系数法不能考虑这些影响）的地基系数，推导了地震条件下均质土和多层土在挡土墙填土面为倾斜条件下不同深度处的主动土压力和被动土压力，应用梅国雄的土压力与位移公式求导得到了桩土相互作用的动力地基系数。并对桩前开挖且滑坡顶面为斜面时的桩前桩后动力地基系数进行了详细计算。.（2）为了对多质点桩进行简化的振型叠加计算引入了Rayleigh阻尼的概念，使得桩的振动计算变得简洁和可行。.（3）对桩前开挖且滑坡顶面为斜面时桩后开挖面以上的滑坡体对桩后开挖面以下的影响进行了大量的分析计算，认为这部分土体的作用采用这部分土体产生的主动土压力并作用在桩后比较合适，这样处理对动力抗滑桩的设计带来很大的便宜。.（4）土自由场的计算。推导了平面坡体自由场的计算公式，可以计算坡体为如下的情形，否则存在复杂的计算过程：.①山坡体的横断面为三角形，纵断面（垂直于纸面方向）为等厚度；.②山坡体为圆锥形；.③山坡体由四个任意平面组成的锥形。.（5）用傅里叶级数对El Centro波进行模拟，可用于初步的时程计算。.（6）进行了桩前存在开挖和不存在开挖两种情形的离心机振动台试验，对桩弯矩、位移，桩侧土压力，坡体中的加速度场进行了测量。.（7）将计算结果与试验结果进行了对比分析，认为本项目所作的工作是合理的，可行的。可以用于指导地震条件下抗滑桩的设计工作。