交通荷载引起的振动在土木、交通工程等领域中是一个广泛关注的问题。虽然这些振动不足以造成土体立刻发生破坏，但长时间反复发生的这类振动通过土体介质传播到周边环境和建筑，会对周围设施及生产、生活产生诸多不利影响。为了隔离或缓解这类振动，通常利用隔振沟或隔振桩来进行处理。由于隔振沟的不稳定性和深度的限制[1-2]，利用桩来减少振动具有更为重要的实际意义。
当前主要利用试验和数值方法来研究屏障的隔振效应。Onur等[3]和Nitish等[4]利用室内试验研究了单一或多种复合的不同屏障的隔振效率，并讨论了荷载频率以及载荷与屏障之间距离对隔振变化的影响。Liang等[5]则是采用离心机试验评估了桩基屏障缓解振动的效果，并指出隔振效应对低频率不敏感。然而，由于试验模型尺度和测试精度的限制，得到的隔振效率方面的数据并不精确。近年来很多学者采用数值方法来研究隔振问题。Cai等[6]和Zhang等[7]分别应用有限元法（FEM）和边界元法（BEM）分析了深沟或桩基屏障的隔振效应。但是这些数值方法由于需要对整个计算域进行划分节点，因此有着模型建立复杂的缺点，而且这样的模型对计算时间和内存空间上都有着较高的要求。为了提高计算效率，提出一种合适的数值方法来研究和分析桩基隔振问题是非常重要的。
此外，目前关于桩基屏障隔振效应的研究，多是针对各向同性地基。然而，长期风化沉积形成的自然地基具有明显的各向异性特性。在此过程中，土颗粒存在取向性，这使得在同一水平内不同方向上物理力学性质接近，而竖直方向上力学性质不同，即在水平向地基是各向同性的，而竖直向则显示各向异性。这类土层可认为是横观各向同性地基模型[8-9]。Ai等[10]则利用边界元-有限元耦合法研究了横观各向同性土体中桩基屏障的隔振表现。对于饱和土体中的孔隙水压力也是不可忽视的因素，到目前为止，在饱和横观各向同性地基中桩基隔振效应研究还不多。除此之外，解析层元法主要鉴于研究横观各向同性干土[10-11]或渗透各向异性饱和土[12]，还未见用于横观各向同性饱和土地基。
采用于Bernoulli–Euler梁理论，利用两节点梁单元对桩进行离散；基于层状饱和横观各向同性地基解析层元解答[13]，结合两阶段理论思想，推导得到饱和地基的边界元方程；结合位移协调条件，推导出桩基的动力响应方程；采用隔振相关理论，计算能评估隔振效应的振幅比。最后，通过数值算例与已有的结果以及有限元数值模拟解比对进行验证，并探讨了荷载移动速度、土体横观各向同性参数和隔离桩参数对隔振效应的影响。
基于两阶段理论，采用有限元-边界元耦合法解决了移动荷载下层状横观各向同性饱和地基中桩基隔振问题。结合数值算例验证了方法的准确性，并得到4点结论。
（1）增加桩长能够提高桩基屏障的隔振能力。然而存在临界值即2倍的瑞利波长，超过这一最优桩长，桩基缓解振动能力提高不明显。
（2）桩与土体的刚度差别越大，桩基在饱和地基中的隔振表现更好。饱和土体中混凝土类桩的隔振效果要优于水泥搅拌桩。
（3）随着移动荷载速度的增加，桩基屏障的隔振表现并不是一直减小的，存在大小约等于剪切波速的临界值。当速度增加超过这一临界值，由于高速荷载产生了较短波长，使得更少的波跨过桩基屏障，所以桩基的隔振效果反而提高。
（4）当土体的横观各向同性参数增加时，会引起振动波在地基内传播过程中能量衰减得更多，桩基表现出的隔振效果更好。
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《岩土工程学报》2024年第6期全文阅读
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