基樁完整性定量分析(2)課件

1、 l在激振點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)及激振頻率滿足一定的要求時(shí)，樁的動(dòng)測(cè)信號(hào)可近似用一維應(yīng)力波理論來分析。對(duì)入射、反射波峰值分析或通過對(duì)實(shí)測(cè)波形分析進(jìn)行擬合分析，可確定波阻抗變化位置、程度、范圍，從而為樁的完整性分類提供科學(xué)定量化依據(jù)。l通過對(duì)波形的擬合分析，不僅可定量分析波阻抗變化，而且還可幫助分析者了解波的多次反射、相互迭加及樁土相互作用對(duì)波傳播影響。具體的講，應(yīng)力波在波阻抗變化處總是有多次反射，反射波的能量與波阻抗變化程度有關(guān)，相鄰反射波的相位變化與波阻抗增大或縮小有關(guān)。通過波形擬合便可識(shí)別那些信號(hào)是波阻抗第二次反射甚至第三次反射，那些是首次反射。首次反射波對(duì)應(yīng)著波阻抗變化，而二次及二次以上的反射波會(huì)與其

2、它反射波迭加，導(dǎo)致信號(hào)加強(qiáng)或信號(hào)削弱。IRVnnV11ITVnnV12IIIcAcAnn=(1-/2)/(1+/2)n=(1- )/(1+ )l工程樁波阻抗變化是漸變的 l樁土相互作用會(huì)引起應(yīng)力波衰減 l當(dāng)阻抗變化是多處時(shí)，應(yīng)力波多次反射，反射波相互迭加 l漸變波阻抗反射波是連續(xù)的，波形狀發(fā)生變化 l即使?jié)u變波阻抗變化區(qū)域最大的波阻抗或最小波阻抗與突變相同，漸變波阻抗反射波峰明顯偏小。突變漸變1、同一位置、同一程度，樁土相互作用對(duì)幅值的影響 無樁土作用無樁土作用先縮后擴(kuò)先縮后擴(kuò)有樁土作用有樁土作用先擴(kuò)后縮先擴(kuò)后縮2、同一程度、不同位置，幅值比較波阻抗變化波阻抗變化距樁頂近距樁頂近波阻抗變化波阻

3、抗變化距樁頂遠(yuǎn)距樁頂遠(yuǎn)3、樁土相互作用會(huì)產(chǎn)生上行壓力波 樁土相互作用產(chǎn)生上行壓力波l應(yīng)力波在波阻抗不同的介質(zhì)交界面處會(huì)多次反射，反射波是等時(shí)距 擴(kuò)徑縮徑第一次反射第二次反射 第三次反射l一維近似條件 l實(shí)況分析 l合理布點(diǎn)及控制脈寬來達(dá)到一維近似 l樁表面測(cè)點(diǎn)首波近似平面入射波 l反射波近似平面反射波 l信號(hào)要能反映出樁土相互作用產(chǎn)生的上行波 l應(yīng)力波在激振點(diǎn)以球面波陣面向下傳播，測(cè)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度是直達(dá)縱波、橫波及瑞利波質(zhì)點(diǎn)速度，并不是向下傳播波陣面的質(zhì)點(diǎn)速度。不僅幅值不同，形狀也不同 l當(dāng)波阻抗變化位置超過2D距離時(shí)，由此產(chǎn)生的反射波也是平面波。當(dāng)反射波是平面波時(shí)，測(cè)點(diǎn)反射波信號(hào)強(qiáng)度與測(cè)點(diǎn)位置無

4、關(guān) l樁土相互作用產(chǎn)生的上行波為壓力波，其質(zhì)點(diǎn)速度方向一般與首波質(zhì)點(diǎn)速度方向相反 對(duì)阻抗增大情況，高估入射波能量會(huì)導(dǎo)致完整系數(shù)比實(shí)際偏小，反之，偏大。l對(duì)阻抗減小情況，高估入射波能量會(huì)導(dǎo)致完整系數(shù)比實(shí)際偏大，反之，偏小。 測(cè)點(diǎn)、振源太近測(cè)點(diǎn)、振源太近測(cè)點(diǎn)、振源太遠(yuǎn)測(cè)點(diǎn)、振源太遠(yuǎn)平面波幅值平面波幅值樁身反射波3/4R1/2R1/4R樁頂傳感器樁頂傳感器樁中心激振樁中心激振樁側(cè)傳感器樁側(cè)傳感器樁側(cè)信號(hào)樁側(cè)信號(hào)樁頂信號(hào)樁頂信號(hào)l擬合方法具體過程l將樁體離散化，每個(gè)離散單元材料特性、截面認(rèn)為是均勻的l樁土相互作用用阻尼壺來模擬 l基于一維波動(dòng)理論，不斷調(diào)整單元的波阻抗，使計(jì)算的樁表面響應(yīng)與實(shí)測(cè)波形達(dá)到

5、最佳匹配 阻尼壺模擬阻尼壺模擬樁土作用樁土作用樁單元樁單元l樁土的參數(shù)確定 l對(duì)完整樁實(shí)測(cè)波形進(jìn)行擬合分析得到阻尼壺阻尼系數(shù)，擬合時(shí)只須調(diào)整與各單元相連的阻尼壺阻尼系數(shù)；l將阻尼壺阻尼系數(shù)與各單元所在土層土性參數(shù)相聯(lián)系，阻尼壺阻尼與土性的剪切波速有關(guān)。實(shí)測(cè)信號(hào)或多或少有些失真，樁體波阻抗或多或少有變實(shí)測(cè)信號(hào)或多或少有些失真，樁體波阻抗或多或少有變化，因此，第一種方法使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，化，因此，第一種方法使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，甚至與實(shí)際土層情況相反。將阻尼系數(shù)與土性參數(shù)結(jié)甚至與實(shí)際土層情況相反。將阻尼系數(shù)與土性參數(shù)結(jié)合起來，物理定義清晰，即樁周土越密實(shí)，樁土作用合起來，物理定義清

6、晰，即樁周土越密實(shí)，樁土作用越強(qiáng)烈，應(yīng)力波衰減越明顯，它不受實(shí)測(cè)信號(hào)失真等越強(qiáng)烈，應(yīng)力波衰減越明顯，它不受實(shí)測(cè)信號(hào)失真等影響。影響?？s徑縮徑擴(kuò)徑擴(kuò)徑夾泥夾泥先縮徑后擴(kuò)先縮徑后擴(kuò)縮頸樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最小等效直徑(m)0.1150.1313%0.1313%范圍(m)2.52.82.65 2.62 擴(kuò)頸樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最大等效直徑(m)0.2860.26-9%0.26-9%范圍(m)2.52.82.65 2.63 先縮后擴(kuò)實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最小等效直徑(m)0.1151.0313%0.11-4.3

7、%范圍(m)1.92.22.0 1.88 最大等效直徑(m)0.2860.26-9%0.26-9%范圍(m)2.52.82.7 2.76 夾泥樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最小等效直徑(m)0.1380.1-27.50.12-8.7%范圍(m)2.52.82.4-4%2.4-4%l根據(jù)缺損處最小波阻抗與正常部分波阻根據(jù)缺損處最小波阻抗與正常部分波阻抗之比抗之比值，工程樁的完整性可大致分值，工程樁的完整性可大致分為四類：為四類：l =1=1屬完整樁l=0.8=0.81.01.0，輕微破損l=0.6=0.60.8中等程度破損l0.60.6斷裂。 樁帽影響樁帽影響缺缺損部位距損

8、部位距樁頂較遠(yuǎn)樁頂較遠(yuǎn), ,受樁土作用受樁土作用影響反射微弱影響反射微弱l基樁完整性分類及樁的評(píng)價(jià)；l樁體的檢測(cè)長度；l阻抗變化類別區(qū)分（離析、夾泥或縮徑）;l樁長度檢測(cè)。l樁底反射波與波阻抗檢測(cè)l樁的完整性分類并不代表對(duì)樁的評(píng)價(jià)，樁是否合格最重要的參數(shù)是其水平及豎向承載力 l同樣程度的缺損，位置不同，影響也不同l由于反射波的強(qiáng)度受樁土相互作用、波阻抗變化位置、變化形式、范圍、多次反射波疊加等影響。根據(jù)波速及波形變化分類并不很科學(xué)。l樁周土性樁周土性：傳播過程中不斷衰減，衰減程度與樁周土性有關(guān)l樁長徑比樁長徑比：同樣的土層，應(yīng)力波在傳播過程還受樁的長徑比影響，樁的長徑比越大，樁底反射波檢測(cè)難度

9、越大。l樁底土性樁底土性：樁底土的等效波阻抗與樁身波阻抗接近時(shí)，即使樁長徑比不大，大部分能量在樁底向土體輻射，從而增加樁底反射波檢測(cè)難度；l樁身材料粘性樁身材料粘性：即使沒有樁土相互作用，應(yīng)力波也會(huì)衰減的l激振頻率、激振能量激振頻率、激振能量：激振頻率越低、激振能量越大，樁底反射就越明顯。l激振點(diǎn)及傳感器安裝位置激振點(diǎn)及傳感器安裝位置：激振點(diǎn)與傳感器安裝點(diǎn)越近，實(shí)測(cè)第一個(gè)波至峰值就越大，這樣，樁底反射波相對(duì)于第一個(gè)波至幅值就越小。綜上所述，我們不應(yīng)孤立地談樁的檢測(cè)長度，而應(yīng)與樁周土層、樁的長徑比、樁底持力層等因素結(jié)合起來l反射波的相位、幅值與樁身波阻抗變化有關(guān)，即與樁材料的密度波速c及橫截面積

10、A有關(guān)。l低應(yīng)變完整性檢測(cè)方法，只能對(duì)波阻抗變化作出分析，即對(duì)樁橫截面的平均情況作出分析。至于詳細(xì)區(qū)分要借助于其它手段，如聲波等方法 。 l樁底反射波走時(shí)、砼平均縱波速、樁長三參數(shù)中的任二個(gè)參數(shù)便可確定另外一個(gè)參數(shù)。要估算樁長，必須已知樁底反射波走時(shí)、砼平均縱波速。樁底反射波時(shí)間可從記錄信號(hào)中得到，而砼平均縱波速可從砼抗壓強(qiáng)度等級(jí)估算或參數(shù)該場(chǎng)地其它樁的波速，也可用聲波方法得到的樁端附近砼的縱波速作為樁身砼平均縱波速。用以上三種方法得到的波速與實(shí)際可能有10%左右相對(duì)誤差，因而，估算的樁長也有10%左右的相對(duì)誤差，隨著樁的長度增加，絕對(duì)誤差也會(huì)增加。l當(dāng)樁底土的等效波阻抗與樁身波阻抗接近時(shí)，即

11、使樁長徑比不大，大部分能量在樁底向土體輻射，樁底反射波很難檢測(cè)。這并不意味無樁底反射就無法檢測(cè)深部的完整性，因?yàn)?，樁底附近有較明顯的阻抗變化時(shí)，應(yīng)力波仍會(huì)發(fā)生反射。因此，檢測(cè)不出樁底反射波仍有可能檢測(cè)出樁底附近的缺損 l文件選擇 l波形處理 l樁土相互作用參數(shù)設(shè)置 l波形定性、峰值分析 l波形擬合分析 文件夾、文件夾、文件類型文件類型文件預(yù)覽文件預(yù)覽有關(guān)描述有關(guān)描述波形選擇波形選擇波形平均波形平均濾波設(shè)置濾波設(shè)置分析波形分析波形樁參數(shù)樁參數(shù)分析結(jié)果分析結(jié)果光標(biāo)對(duì)應(yīng)參數(shù)光標(biāo)對(duì)應(yīng)參數(shù)波形處理波形處理文件欄文件欄剪切波速分布剪切波速分布樁側(cè)反射波樁側(cè)反射波反射波峰定反射波峰定完整系數(shù)完整系數(shù)l以上波

12、形是經(jīng)過指數(shù)放大的 擬合三方式擬合三方式計(jì)算與實(shí)計(jì)算與實(shí)測(cè)匹配測(cè)匹配波阻抗波阻抗分布圖分布圖單元波單元波阻抗值阻抗值l高應(yīng)變擬合分析軟件高應(yīng)變擬合分析軟件PSP_WAP &低應(yīng)變擬合低應(yīng)變擬合分析軟件分析軟件CPSA2001輔導(dǎo)手冊(cè)輔導(dǎo)手冊(cè) l 高應(yīng)變擬合分析軟件高應(yīng)變擬合分析軟件PSP_WAP用戶手冊(cè)用戶手冊(cè)l 低應(yīng)變完整性定量分析軟件低應(yīng)變完整性定量分析軟件CPSA2001用戶手用戶手冊(cè)冊(cè)l 反射波特征分析反射波特征分析l 完整性定量分析實(shí)例匯編完整性定量分析實(shí)例匯編l 瑞利波采集軟件瑞利波采集軟件RSM_RWT操作手冊(cè)操作手冊(cè)l 瑞利波分析方法及其在工程中的應(yīng)用瑞利波分析方法及其在工程中的應(yīng)用l 瑞利波分析處理軟件瑞利波分析處理軟件SWCT操作手冊(cè)操