基桩完整性定量分析(2).ppt

基桩完整性定量分析 柴华友 中科院武汉岩土力学研究所智能仪器室 定量分析的定义 l在激振点，测点及激振频率满足一定的要 求时，桩的动测信号可近似用一维应力波 理论来分析。对入射、反射波峰值分析或 通过对实测波形分析进行拟合分析，可确 定波阻抗变化位置、程度、范围，从而为 桩的完整性分类提供科学定量化依据。 定量分析的意义 l通过对波形的拟合分析，不仅可定量分析波 阻抗变化，而且还可帮助分析者了解波的多 次反射、相互迭加及桩土相互作用对波传播 影响。具体的讲，应力波在波阻抗变化处总 是有多次反射，反射波的能量与波阻抗变化 程度有关，相邻反射波的相位变化与波阻抗 增大或缩小有关。通过波形拟合便可识别那 些信号是波阻抗第二次反射甚至第三次反射 ，那些是首次反射。首次反射波对应着波阻 抗变化，而二次及二次以上的反射波会与其 它反射波迭加，导致信号加强或信号削弱。 峰、峰值分析基本理论 n=(1-/2)/(1+/2) =V=V R R /V/V I I n=(1- )/(1+ ) 峰、峰值确定完整性的局限性 l工程桩波阻抗变化是渐变的 l桩土相互作用会引起应力波衰减 l当阻抗变化是多处时，应力波多次反射 ，反射波相互迭加 波阻抗渐变 l渐变波阻抗反射波 是连续的，波形状 发生变化 l即使渐变波阻抗变 化区域最大的波阻 抗或最小波阻抗与 突变相同，渐变波 阻抗反射波峰明显 偏小。 突变 渐变 桩土相互作用 1、同一位置、同一程度，桩土相互作用对幅 值的影响 无桩土作用 先缩后扩 有桩土作用 先扩后缩 2、同一程度、不同位置，幅值比较 波阻抗变化 距桩顶近 波阻抗变化 距桩顶远 3、桩土相互作用会产生上行压力波 桩土相互作用产 生上行压力波 多次反射 l应力波在波阻抗不同的介质交界面处会多 次反射，反射波是等时距 扩径 缩径 第一次反射第二次反射 第三次反射 拟合分析理论基础 l一维近似条件 l实况分析 l合理布点及控制脉 宽来达到一维近似 l桩表面测点首波近似平面入射 波 l反射波近似平面反射波 l信号要能反映出桩土相互作用 产生的上行波 实况分析 l应力波在激振点以球面波阵面 向下传播，测点质点速度是直 达纵波、横波及瑞利波质点速 度，并不是向下传播波阵面的 质点速度。不仅幅值不同，形 状也不同 l当波阻抗变化位置超过2D距 离时，由此产生的反射波也是 平面波。当反射波是平面波时 ，测点反射波信号强度与测点 位置无关 l桩土相互作用产生的上行波为 压力波，其质点速度方向一般 与首波质点速度方向相反 对阻抗增大情况，高估入射波 能量会导致完整系数比实际 偏小，反之，偏大。 l对阻抗减小情况，高估入射 波能量会导致完整系数比实 际偏大，反之，偏小。 测点、振源太近 测点、振源太远 平面波幅值 桩身反射波 合理布点及控制脉宽来达到一维近似 3/4R 1/2R 1/4R 桩顶传感器 桩中心激振 桩侧传感器 桩侧信号 桩顶信号 拟合分析方法 l拟合方法具体过程 l将桩体离散化，每个离散 单元材料特性、截面认为 是均匀的 l桩土相互作用用阻尼壶来 模拟 l基于一维波动理论，不断 调整单元的波阻抗，使计 算的桩表面响应与实测波 形达到最佳匹配 阻尼壶模拟 桩土作用 桩单元 拟合分析方法 l桩土的参数确定 l对完整桩实测波形进行拟合分析得到阻尼壶阻尼系 数，拟合时只须调整与各单元相连的阻尼壶阻尼系 数； l将阻尼壶阻尼系数与各单元所在土层土性参数相联 系，阻尼壶阻尼与土性的剪切波速有关。 实测信号或多或少有些失真，桩体波阻抗或多或少有变 化，因此，第一种方法使用时可能会出现较大的误差 ，甚至与实际土层情况相反。将阻尼系数与土性参数 结合起来，物理定义清晰，即桩周土越密实，桩土作 用越强烈，应力波衰减越明显，它不受实测信号失真 等影响。 模型实验 缩径 扩径 夹泥 先缩径后扩 缩颈桩计算与实际对比 缩颈桩 实际值 计算值 （未埋） 相对 误差 计算值 （埋入 ） 相对 误差 最小等效 直径(m) 0.1150.13 13% 0.1313% 范围(m)2.52.82.65 2.62 扩颈桩计算与实际对比 扩颈桩实际值 计算值 （未埋） 相对 误差 计算值 （埋入 ） 相对 误差 最大等效 直径(m) 0.2860.26-9%0.26-9% 范围(m)2.52.82.65 2.63 先缩后扩桩计算与实际对比 先缩后扩 实际值 计算值 （未埋） 相对 误差 计算值 （埋入） 相对 误差 最小等效 直径(m) 0.1151.03 13%0.11-4.3% 范围(m)1.92.2 2.0 1.88 最大等效 直径(m) 0.286 0.26 -9%0.26 -9% 范围(m)2.52.82.7 2.76 夹泥桩计算与实际对比 夹泥桩实际值 计算值 （未埋） 相对 误差 计算值 （埋入） 相对 误差 最小等效 直径(m) 0.138 0.1-27.50.12-8.7% 范围(m)2.52.82.4-4%2.4-4% 完整性分类 l根据缺损处最小波阻抗与正常部分波阻 抗之比值，工程桩的完整性可大致分 为四类： l =1属完整桩 l=0.81.0，轻微破损 l=0.60.8中等程度破损 l0.6断裂。 场地测试分析 桩帽影响 缺损部位距 桩顶较远, 受桩土作用 影响反射微弱 基桩完整性分析 有关问题 l基桩完整性分类及桩的评价； l桩体的检测长度； l阻抗变化类别区分（离析、夹泥或缩径 ）; l桩长度检测。 l桩底反射波与波阻抗检测 基桩完整性分类及桩的评价 l桩的完整性分类并不代表对桩的评价，桩是 否合格最重要的参数是其水平及竖向承载力 l同样程度的缺损，位置不同，影响也不同 l由于反射波的强度受桩土相互作用、波阻抗 变化位置、变化形式、范围、多次反射波叠 加等影响。根据波速及波形变化分类并不很 科学。 桩体的检测长度 l桩周土性：传播过程中不断衰减，衰减程度与桩周土性有 关 l桩长径比：同样的土层，应力波在传播过程还受桩的长径 比影响，桩的长径比越大，桩底反射波检测难度越大。 l桩底土性：桩底土的等效波阻抗与桩身波阻抗接近时，即 使桩长径比不大，大部分能量在桩底向土体辐射，从而增 加桩底反射波检测难度； l桩身材料粘性：即使没有桩土相互作用，应力波也会衰减 的 l激振频率、激振能量：激振频率越低、激振能量越大，桩 底反射就越明显。 l激振点及传感器安装位置：激振点与传感器安装点越近， 实测第一个波至峰值就越大，这样，桩底反射波相对于第 一个波至幅值就越小。 综上所述，我们不应孤立地谈桩的检测长度，而应与桩周土 层、桩的长径比、桩底持力层等因素结合起来 阻抗变化类别区分 l反射波的相位、幅值与桩身波阻抗变化 有关，即与桩材料的密度波速c及横截 面积A有关。 l低应变完整性检测方法，只能对波阻抗 变化作出分析，即对桩横截面的平均情 况作出分析。至于详细区分要借助于其 它手段，如声波等方法 。 l桩底反射波走时、砼平均纵波速、桩长三参 数中的任二个参数便可确定另外一个参数。 要估算桩长，必须已知桩底反射波走时、砼 平均纵波速。桩底反射波时间可从记录信号 中得到，而砼平均纵波速可从砼抗压强度等 级估算或参数该场地其它桩的波速，也可用 声波方法得到的桩端附近砼的纵波速作为桩 身砼平均纵波速。用以上三种方法得到的波 速与实际可能有10%左右相对误差，因而， 估算的桩长也有10%左右的相对误差，随着 桩的长度增加，绝对误差也会增加。 桩长度检测 桩底反射波与波阻抗检测 l当桩底土的等效波阻抗与桩身波阻抗接 近时，即使桩长径比不大，大部分能量 在桩底向土体辐射，桩底反射波很难检 测。这并不意味无桩底反射就无法检测 深部的完整性，因为，桩底附近有较明 显的阻抗变化时，应力波仍会发生反射 。因此，检测不出桩底反射波仍有可能 检测出桩底附近的缺损 CPSA2001简介 l文件选择 l波形处理 l桩土相互作用参数设置 l波形定性、峰值分析 l波形拟合分析 文件选择 文件夹、 文件类型 文件预览 有关描述 波形处理 波形选择 波形平均滤波设置 分析波形 桩参数 分析结果 光标对应参数 波形处理 文件栏 桩土相互作用参数设置 剪切波速分布 桩侧反射波 波形定性、峰值分析 反射波峰定 完整系数 波形拟合分析 l以上波形是经过指数放大的 拟合三方式 计算与实 测匹配 波阻抗 分布图 单元波 阻抗值 相关资料 l高应变拟合分析软件PSP_WAP &低应变拟 合分析软件CPSA2001辅导手册 l 高应变拟合分析软件PSP_WAP用户手册 l 低应变完整性定量分析软件CPSA2001用户 手册 l 反射波特征分析 l 完整性定量分析实例汇编 l 瑞利波采集软件RSM_RWT操作手册 l 瑞利波分析方法及其在工程中的应