基樁動荷載試驗巖土工程原位測試技術(shù) 教學(xué)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1基樁動荷載試驗基樁動荷載試驗 巖土工程原位測試技術(shù)巖土工程原位測試技術(shù) 教學(xué)教學(xué)2一一樁的動測法發(fā)展歷史樁的動測法發(fā)展歷史樁的動力測試技術(shù)已有樁的動力測試技術(shù)已有100多年的歷史。最早的動測方法是多年的歷史。最早的動測方法是在能量守恒原理的基礎(chǔ)上，利用牛頓碰撞定律，根據(jù)打樁時測得在能量守恒原理的基礎(chǔ)上，利用牛頓碰撞定律，根據(jù)打樁時測得的貫入度來推算樁的極限承載力。的貫入度來推算樁的極限承載力。 近代的動測技術(shù)以應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)。近代的動測技術(shù)以應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)。 我國自我國自20世紀世紀70年代開始研究樁的動力測試技術(shù)，近年來發(fā)年代開始研究樁的動力測試技術(shù)，近年來發(fā)展很快。展很快。 第

2、1頁/共65頁3二二樁的動測法分類樁的動測法分類現(xiàn)有的各種動力測試方法依據(jù)其激發(fā)能量對于樁身的影響而現(xiàn)有的各種動力測試方法依據(jù)其激發(fā)能量對于樁身的影響而劃分為高應(yīng)變和低應(yīng)變兩大類，其中得到廣泛應(yīng)用的屬于高應(yīng)變劃分為高應(yīng)變和低應(yīng)變兩大類，其中得到廣泛應(yīng)用的屬于高應(yīng)變的代表性方法有的代表性方法有CAPWAPC法（實測曲線擬合法）和法（實測曲線擬合法）和CASE法；法；屬于低應(yīng)變的代表性方法有反射波法、機械阻抗法、聲波透射法屬于低應(yīng)變的代表性方法有反射波法、機械阻抗法、聲波透射法和動力參數(shù)法等，其中聲波透射法并不需要對樁身進行激振，但和動力參數(shù)法等，其中聲波透射法并不需要對樁身進行激振，但習(xí)慣上仍將

3、其歸于低應(yīng)變動力測試法。習(xí)慣上仍將其歸于低應(yīng)變動力測試法。本章僅講述低應(yīng)變動力測試法中的反射波法和高應(yīng)變動力測本章僅講述低應(yīng)變動力測試法中的反射波法和高應(yīng)變動力測試法中的試法中的CASE法。法。 第2頁/共65頁4第3頁/共65頁5圖圖7-1 反射波法的現(xiàn)場測試示意反射波法的現(xiàn)場測試示意手錘F(t)傳感器樁土分析儀第4頁/共65頁6反射波法使用的設(shè)備包括激振設(shè)備（手錘或力棒）、信號采集反射波法使用的設(shè)備包括激振設(shè)備（手錘或力棒）、信號采集設(shè)備（加速度傳感器或速度傳感器）和信號采集分析儀。設(shè)備（加速度傳感器或速度傳感器）和信號采集分析儀。激振設(shè)備的作用是產(chǎn)生振動信號。一般地，手錘產(chǎn)生的信號頻激振

4、設(shè)備的作用是產(chǎn)生振動信號。一般地，手錘產(chǎn)生的信號頻率較高，可用于檢測短、小樁或樁身的淺部缺陷；力棒的重量和棒率較高，可用于檢測短、小樁或樁身的淺部缺陷；力棒的重量和棒頭可調(diào)，增加力棒的重量和使用軟質(zhì)棒頭（如尼龍、橡膠）可產(chǎn)生頭可調(diào)，增加力棒的重量和使用軟質(zhì)棒頭（如尼龍、橡膠）可產(chǎn)生低頻信號，可用于檢測長、大樁和測試樁底信號。激振的部位宜位低頻信號，可用于檢測長、大樁和測試樁底信號。激振的部位宜位于樁的中心，但對于大樁也可變換位置以確定缺陷的平面位置。激于樁的中心，但對于大樁也可變換位置以確定缺陷的平面位置。激振的地點應(yīng)打磨平整，以消除樁頂雜波的影響。另外，力棒激振時振的地點應(yīng)打磨平整，以消除樁

5、頂雜波的影響。另外，力棒激振時應(yīng)保持棒身豎直，手錘激振時錘底面要平，以保持力的作用線豎直應(yīng)保持棒身豎直，手錘激振時錘底面要平，以保持力的作用線豎直。第5頁/共65頁7采集信號的傳感器一般用黃油或凡士林粘貼在樁頂距樁中心采集信號的傳感器一般用黃油或凡士林粘貼在樁頂距樁中心2/3半徑處（注意避開鋼筋籠的影響）的平整處，注意粘貼處要平半徑處（注意避開鋼筋籠的影響）的平整處，注意粘貼處要平整，否則要用砂輪磨平。粘貼劑不可太厚，但要保證傳感器粘貼牢整，否則要用砂輪磨平。粘貼劑不可太厚，但要保證傳感器粘貼牢靠且不要直接與樁頂接觸。需要時可變換傳感器的位置或同時安裝靠且不要直接與樁頂接觸。需要時可變換傳感器

6、的位置或同時安裝兩只傳感器。兩只傳感器。信號采集分析儀用于測試過程的控制、反射信號的過濾、放大信號采集分析儀用于測試過程的控制、反射信號的過濾、放大、分析和輸出。測試過程中應(yīng)注意連線應(yīng)牢固可靠，線路全部連接、分析和輸出。測試過程中應(yīng)注意連線應(yīng)牢固可靠，線路全部連接好后才能開機。好后才能開機。第6頁/共65頁822211121ACACZZn第7頁/共65頁9 I R Z1=1C1A1 Z2=2C2A2 T 圖7-2 應(yīng)力波的反射與透射 式中，式中，V、分別表示質(zhì)點振動的速度和產(chǎn)生的應(yīng)力，下標分別表示質(zhì)點振動的速度和產(chǎn)生的應(yīng)力，下標I、R、T分別表示入射波、反射波和透射波。分別表示入射波、反射波和

7、透射波。由波阻抗的物理含義可寫出：由波阻抗的物理含義可寫出：I=- -ZVI/A=- - 1C1VI速度向下為正，此時產(chǎn)生壓應(yīng)力，故式中有一負號。速度向下為正，此時產(chǎn)生壓應(yīng)力，故式中有一負號。類似有：類似有： R= 1C1 VR T=- - 2C2VT第8頁/共65頁10稱為反射系數(shù)稱為反射系數(shù) （7-7a） 稱為透射系數(shù)稱為透射系數(shù) （7-7b）式（式（7-6）是反射波法中利用反射波與入射波的速度量的相位）是反射波法中利用反射波與入射波的速度量的相位關(guān)系進行分析的重要關(guān)系式。關(guān)系進行分析的重要關(guān)系式。nnF11nT12第9頁/共65頁11 0 t1 t VI VR Z1 Z2 x VT 圖

8、7-3 樁身完好時的波傳播過程 V(t) 0 t t1=2L/C 圖 7-4 完好樁的測試波形 第10頁/共65頁12式（式（7-8）即為反射波法中判斷樁長或求解波速的關(guān)系式。在）即為反射波法中判斷樁長或求解波速的關(guān)系式。在式（式（7-8）的應(yīng)用上，應(yīng)已知）的應(yīng)用上，應(yīng)已知C或或L之中的一個，當二者都未知時，之中的一個，當二者都未知時，有無窮個解，因此實用中常常利用統(tǒng)計的方法或其他實驗的方法來有無窮個解，因此實用中常常利用統(tǒng)計的方法或其他實驗的方法來假定假定C或根據(jù)施工記錄來假定或根據(jù)施工記錄來假定L，以達到近似求解的目的。，以達到近似求解的目的。12tLC 第11頁/共65頁13 V(t)

9、t1 0 t t2 圖7-6 截面減小時的測試波形 第12頁/共65頁141122121CtLCtL V(t) t1 0 t t2 圖 7-8 截面變大時的測試波形 第13頁/共65頁151122121CtLCtL第14頁/共65頁16.)(21.)(212111211iittCttCCtL 0 t1 t Z1 VI VR Z2 L1 Z1 x 圖 7-9 樁身斷裂時的波傳播過程 V(t) t1 0 t t t t 圖 7-10 斷樁的測試波形 第15頁/共65頁17 V(t) t1 0 t t2 圖7-12 樁身局部斷裂時的測試波形 第16頁/共65頁181）縮徑：）縮徑：n1= Z1/Z2

10、= A1/A21，F(xiàn)0。所以：。所以：VR與與VI同號，同號，VT與與VI同號。同號。n2= Z2/Z1= A2/A10。所以：。所以：VR與與VI反號，反號，VT與與VI同號。同號。第17頁/共65頁19 V(t) t1 0 t t2 t3 圖 7-14 局部縮徑、夾泥、離析時的波形 1, 1112222211211CCnCCZZn第18頁/共65頁20實際上，由于實際上，由于L2處的反射信號在返回樁頂時又經(jīng)過處的反射信號在返回樁頂時又經(jīng)過L1處的反射處的反射與透射，故能量較與透射，故能量較Ll處的一次反射弱，一般較難分辯。當缺陷嚴重處的一次反射弱，一般較難分辯。當缺陷嚴重時，樁底的反射信號

11、也較弱。時，樁底的反射信號也較弱。另外，以上三種缺陷的的進一步鑒別可根據(jù)：另外，以上三種缺陷的的進一步鑒別可根據(jù)：根據(jù)地質(zhì)報告和施工記錄以及樁型區(qū)分；根據(jù)地質(zhì)報告和施工記錄以及樁型區(qū)分；321CtL 1121CtL )(2112ttCL第19頁/共65頁21 0 t1 t2 t VI VR VT x 圖 7-15 有擴大頭時的波傳播過程 V(t) 0 t t1 t2 圖 7-16 有擴大頭時的測試波形 第20頁/共65頁22 0 t VI VR Z1 Z2 x 圖 7-17 嵌巖樁的波傳播過程 V(t) 0 t t 圖 7-18 嵌巖樁的測試波形 第21頁/共65頁23第22頁/共65頁24第

12、23頁/共65頁25Cce49. 018. 4第24頁/共65頁26第25頁/共65頁27第26頁/共65頁28第27頁/共65頁29第28頁/共65頁30022222 xuCtu /EC 第29頁/共65頁31 圖 7-19 樁身中的上行波與下行波 上行波 g(x+ct) 下行波 f(x-ct) （7-12）這里應(yīng)注意：這里應(yīng)注意：v是表示質(zhì)點運動的速度而是表示質(zhì)點運動的速度而C是波的傳播速度，是波的傳播速度，兩者是完全不同的概念。兩者是完全不同的概念。 fCCCtxftCtxfv )()()(第30頁/共65頁32fCtxfxCtxf )()( CAEZ 由公式（由公式（7-12）、（）、

13、（7-14）和（）和（7-15）可推得下行波的質(zhì)點）可推得下行波的質(zhì)點運動速度運動速度v和截面上的內(nèi)力和截面上的內(nèi)力P之間存在著一個恒定的關(guān)系式：之間存在著一個恒定的關(guān)系式：P=Zv （7-16） 第31頁/共65頁33gCtCtxgv )( vvtctxgtctxftuv)()( PPxctxgxctcfAExuAEP)()(第32頁/共65頁34（2）應(yīng)力波在自由端和固定端的反射）應(yīng)力波在自由端和固定端的反射當樁端為自由端時，有邊界條件（當樁端為自由端時，有邊界條件（圖圖7-20）P= P+ P=0 =0 （7-24） P P 圖 7-20 樁端自由時 P=0 （7-22）（7-23） Z

14、PvvZPvvmmmm2121 mmmmZvPPZvPP 2121第33頁/共65頁35第34頁/共65頁36于是：于是：P= P+ P= 2P （7-30）上述公式表示當樁端為固定端時，入射的應(yīng)力波將產(chǎn)生一個上述公式表示當樁端為固定端時，入射的應(yīng)力波將產(chǎn)生一個相同的反射波。在桿端處由于波的疊加使樁端反力增加一倍。相同的反射波。在桿端處由于波的疊加使樁端反力增加一倍。 P P P 圖 7-21 樁端固定時 v=0 第35頁/共65頁37i 截面處的平衡條件和連續(xù)條件為：截面處的平衡條件和連續(xù)條件為： （7-33） v1 v1 P1 P1 R(i) P2 P2 v2 v2 圖 7-22 樁側(cè)摩阻

15、力的影響 111111vvvPPP 222222vvvPPP2121vviRPP ）（第36頁/共65頁38）（）（iRPPiRPP21211221 第37頁/共65頁39 22112211vvvvPPPP Z1 v1 v1 P1 P1 P2 P2 v2 v2 Z2 圖 7-23 樁截面變化的情況 112222111221ZPZPZPZPPPPP 2211212122221112112122PZZZZPZZZPPZZZPZZZZP第38頁/共65頁40（透透射射波波）（反反射射波波） 121221211212PZZZPPZZZZP（反反射射波波）（透透射射波波） 221122221112PZZ

16、ZZPPZZZP第39頁/共65頁41 tPtPZtPtv mm第40頁/共65頁42 kjkjmCLjCLjtPCLjCLjCLtPtPZCLCLtPCLtPtPZv111111)1()22()222()(1)/2/2()/2()(1 kjkjmCLjCLjtPCLjCLjCLtPtPP11111)1()22()222()(第41頁/共65頁43 )22,(21)2,(2111)2(CLCXtiRCXtiRZviim)22,(21)2,(211)2(CLCXtiRCXtiRPiim 第42頁/共65頁44 kjikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRZtv11111)2()

17、2222,(21)222,(211)( kjikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRtP11111)2()2222,(21)222,(21)(考慮在不同的位置考慮在不同的位置X1，X2，X3，Xn處作用有不同的處作用有不同的摩阻力摩阻力Ri（i，t）（）（i=1,2n），對），對i求和，有：求和，有：（7-44）（7-45） nikjinikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRZtv1111111)2()2222,()222,(21)( nikjinikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRtP1111111)2()2222,()222,(2

18、1)(第43頁/共65頁45 nikjnikjmCjLCjLtiRCjLCjLCLtiRZtv1111111)3()22,()222,(21)( nikjnikjmCjLCjLtiRCjLCjLCLtiRtP1111111)3()22,()222,(21)()()()()()()()()()3()2()1()3()2()1(tPtPtPtPtvtvtvtvmmmmmmmm 第44頁/共65頁46 niiniimCLCXtiRCXtiRtPZtv111)22*,(21)2*,(21*)(1*)( nininiiniiniiniimCLtiRtiRCLCXtiRCLCXtiRCLCXCLtiRCX

19、CLtiRCLtPtPCLtPZCLtv11111111111)2*,(21*),(21)42*,(21)22*,(21)222*,(21)22*,(21)2*(*)()2*(1)2*(第45頁/共65頁47 niiniimCLCXtiRCXtiRtPtP111)22*,(21)2*,(21*)(*)( nininiiniiniiniimCLtiRtiRCLCXtiRCLCXtiRCLCXCLtiRCXCLtiRCLtPtPCLtPCLtP11111111111)2*,(21*),(21)42*,(21)22*,(21)222*,(21)22*,(21)2*(*)()2*()2*( niinimmmmCXCLtiRtiRCLtvZtvZCLtPtP11)22*,(*),()2*(*)()2*(*)(第46頁/共65頁48)(*),()22*,(iRtiRCXCLtiRi )2*(*)(2)2*(*)(21)22*,(*),(*)(11CLtvtvZCLtPtPCXCLtiRtiRtRmmmmniiniT第47頁/共65頁