樁基是一種古老的基礎型式，有著悠久的歷史，近幾十年來在工程中得到了大量應用，是使用最為廣泛的深基礎之一。雖然樁基在工程中得到了廣泛的應用，研究也比較深入，但是由于樁土相互作用的復雜性，仍然存在大量值得研究的問題，特別是樁土動力相互作用，涉及的問題更加復雜，研究還有待進一步提高。樁土動力相互作用包括樁豎向振動、橫向振動、扭轉振動及其組合形式，其中樁的豎向振動作用是進行樁基礎振動分析、樁基抗震設計、基樁動力檢測以及動力沉樁分析的理論基礎。有關樁的豎向振動理論研究由來已久，經典的離散文克勒模型可以較好的模擬樁土間的相互作用，但忽略了土層間的相互聯系，從平面應變模型發展而來的粘彈性介質連續體樁豎向振動模型考慮了土層之間的聯系，但忽略了地基土的多相性，沒有考慮孔隙水壓力的影響，事實上在樁土耦合振動時，孔隙水特性對樁振動有重要的影響，樁振動造成孔壓升高，有效應力發生變化，從而影響樁的動力特性。近年來飽和多孔介質中的樁振動研究引起了研究者的廣泛重視，一些研究者采用虛擬樁法開展了飽和土中樁振動的研究，取得了一系列的成果，這些成果在樁振動分析、樁隔振設施分析中發揮了重要的作用，但虛擬樁法的不足在于樁土間必須滿足完全黏結條件，這限制了該方法的進一步應用。在實際工程中，諸如基樁動力檢測、動力沉樁、強震作用下的樁基振動等問題的分析不可避免的會遇到樁土滑移、樁周擾動等非完全黏結的情況，這些也是樁土動力相互作用理論的重要研究內容之一。隨著數值計算技術的不斷發展，上述許多樁土動力接觸問題可以借助數值計算方法予以解決。數值方法可以分析較為復雜的樁土接觸條件，便于群樁分析，使得樁土動力耦合問題的分析和求解快速發展。但是采用解析方法研究樁土振動問題具有許多優點，可以更容易的理解樁土動力相互作用機理，盡管目前對于復雜的邊界條件下樁土動力相互作用分析仍存在著一定的困難，但開展樁振動的解析研究仍然具有重要的理論價值和工程意義。

本書通過解析方法求解樁土豎向耦合振動，系統而詳細地闡述單樁與飽和土的豎向動力相互作用特性，主要內容包括：單層土中樁與飽和土體豎向振動的理論框架、擾動作用下樁與飽和土的豎向振動理論、樁振動作用下飽和土層振動模式分析、成層土中變阻抗樁的豎向振動理論，并介紹了樁豎向振動理論在大直徑檢測、凍融土中樁振動和海洋環境下的樁振動中的應用。這些內容對于深入理解樁土動力相互作用具有重要的意義。

由于作者水平有限，書中難免存在不足和疏漏之處，敬請讀者批評指正。

李強（浙江海洋學院）

王奎華（浙江大學）

2010年7月

前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 樁基動力學研究簡介 1
1.3 樁土豎向耦合振動理論研究現狀 3
1.3.1 單相介質中樁豎向振動研究 3
1.3.2 飽和兩相介質中樁豎向振動研究 5
1.4 本書內容編排 7
參考文獻 9
第2章 單層飽和土中樁豎向耦合振動理論 15
2.1 單層飽和土中端承樁豎向耦合振動 15
2.1.1 數學模型與基本假定 15
2.1.2 樁土耦合問題求解 17
2.1.3 數值結果與分析 21
2.1.4 工程實例 24
2.2 飽和土中非端承樁豎向振動理論 25
2.2.1 基本控制方程 25
2.2.2 樁土系統振動解 26
2.2.3 樁的復動剛度特性 29
2.2.4 樁頂速度和位移幅頻響應 32
2.2.5 樁土系統時域特性分析 35
2.2.6 對比與討論 37
2.3 徑向運動簡化的飽和土中樁豎向振動 39
2.3.1 飽和土中樁豎向振動模型分析 39
2.3.2 簡化模型豎向耦合振動解 42
2.3.3 模型對比分析 44
參考文獻 48
第3章 擾動作用下飽和土中樁豎向振動理論 50
3.1 樁土滑移作用下樁豎向振動理論 50
3.1.1 端承樁考慮樁土滑移時樁豎向振動 50
3.1.2 非端承樁考慮樁土滑移時樁豎向振動 53
3.2 分區土樁豎向振動理論 61
3.2.1 擠土樁豎向振動的簡化模型 62
3.2.2 擠土樁豎向振動問題求解 62
3.2.3 數值計算與分析 66
3.2.4 工程應用分析 68
3.3 飽和土中擠密樁豎向振動兩階段分析 69
3.3.1 擠密樁振動簡化模型 70
3.3.2 樁土耦合振動分析 71
3.3.3 數值計算與分析 74
3.3.4 工程應用分析 77
參考文獻 78
第4章 樁豎向振動引起的飽和土層振動分析 81
4.1 飽和土層復阻抗分析 81
4.1.1 復阻抗定義 81
4.1.2 樁振動引起飽和土層振動模式 82
4.1.3 土層模態影響因素分析 86
4.1.4 與其他解的對比分析 87
4.2 樁豎向振動引起飽和土中孔壓積累 89
4.2.1 樁振動模型 89
4.2.2 樁周土中孔壓積累分析 90
4.2.3 數值結果與分析 91
參考文獻 96
第5章 成層飽和土中樁豎向振動理論與應用 98
5.1 成層飽和土中樁豎向振動 98
5.1.1 數學模型與基本假定 98
5.1.2 樁土耦合振動問題求解 100
5.1.3 層間相互作用假定的影響 105
5.1.4 成層土中完整樁的耦合振動特性 107
5.1.5 工程實例 108
5.2 任意段變阻抗樁豎向振動分析 110
5.2.1 任意變截面樁的振動特性分析 110
5.2.2 任意變模量樁的振動特性分析 114
參考文獻 121
第6章 樁豎向振動理論的工程應用 123
6.1 大直徑樁豎向振動理論與應用 123
6.1.1 控制方程與定解條件 123
6.1.2 樁土耦合振動解 125
6.1.3 數值分析 127
6.1.4 工程實例 130
6.2 凍融作用下基樁豎向振動特性研究 131
6.2.1 數學模型與基本假定 132
6.2.2 樁土耦合問題求解 134
6.2.3 凍融參數說明 137
6.2.4 數值分析 138
6.2.5 實例分析 141
6.3 海洋基樁的豎向振動特性與應用 142
6.3.1 數學模型與基本假定 142
6.3.2 豎向振動解 144
6.3.3 數值計算分析 144
參考文獻 146