（岩土工程专业论文）基于应力波反射法的桩基完整性检测及应用的研究.pdf

辽宁工程技术大学硕士学位论文 摘要 目前国内基桩完整性测试工作中，应力波反射法因其具有轻便、快速、 经济等优点而得到了工程界的普遍认可。但低应变反射波法仍是一门发展中 的实用技术，在应用中还存在一些有待解决的问题，因此这一技术仍需进一 步地研究和改进。 文章首先介绍了基桩动测技术的发展现状及其优缺点，以及一些常见桩 型容易出现的质量问题。然后基于a d i n a 新型有限元分析程序，按现有的理 论建立三维立体模型进行模拟，探讨当激振力脉冲宽度，加载形式发生变化 时相应的反射波曲线变化特性，并以五种模拟桩所代表的具体缺陷特征，对 时域波形进行影响分析，总结相应的各种缺陷特征的反射波法检测判读技 巧，提供了判断缺陷类型、确定缺陷位置的方法。三维情况下完整桩不同接 收点的响应计算，从理论上验证了接收点距中心2 3 r 左右时测试效果最好 这一实践经验。文章最后论述了低应变反射波法的实践应用，并通过工程实 例与仿真结果对比，验证了本文分析的有效性及准确性，从而能够使反射波 法更准确的检测基桩完整性。 本文的研究能带来良好经济效益和社会效益，有重要的实用价值。 关键词：桩基检测；应力波反射法；a d i n a ；三维有限元：完整性 坚! 王塑垫垄奎兰堡圭兰垡熊苎 ! a b s t r a c t l o ws t r a i nd y n a m i ct e s tm e t h o di st h em o s tr e p r e s e n t a t i v ea n dp o p u l a r w a yo fp i l e i n t e g r i t yt e s t i n gp r e s e n t l y h o w e v e r ，t h i st e c h n o l o g y i ss t i l la d e v e l o p i n gp r a c t i c a lt e c h n i q u e ，s o m ep r o b l e m ss t i l l e x i s ti nt h ea p p l i c a t i o n a n df u r t h e rp r a c t i c ei sn e e d e df o rm o r ei m p r o v e m e n t t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h ed e v e l o p i n gs t a t ea n dt h es t r o n ga n dw e a kp 。 o i n t so fd y n a m i ct e s t i n gm e t h o df o rf o u n d a t i o np i l e sa n ds o m eq u a l i t yp r o 。 b l e m se a s i l yo c c u r r e di nc o r n m o np i l et y p e sa tf i r s t s e c o n d l y ，i nt h i sp a p e r ，t h e a n a l y s i si sb a s e do nan e ws o f t w a r e a d i n aa n dt h e c u r r e n tt h e o r y ，c r e a t i n g t h r e o d i m e n s i o n sm o d e lt od i s c u s st h er e f l e c t e dw a v ec u r v ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ei n t e g r a t ep i l ew i t ht h ec h a n g eo ft h ep u l s ew i d t ho fe x c i t i n gf o r c e ，a n d u s et h ea n a l y s i so fe a c hc o n c r e t ed i s f i g u r e m e n t sa f f e c t i o nw h i c hi so neo f t h et y p i c a ld i s f i g u r e m e n ti nt h ef i v et y p e ss i m u l a t e dp i l et os u m m a r i z et h e s k i l lo fj u d g i n ga c c u r a t e l yt h er e s p o n s e - t i m ec u r v ei nt h el o ws t r a i nr e f l e c 。 t i o nw a v em e t h o d t h ed y n a m i cr e s p o n s eo fap e r f e c tp i l eu n d e re o m p l i c a t 。 e dt h r e e d i m e n s i o n si ss i m u l a t e da n dt h ev a r i a b l er e s p o n s ec u r v e so fv a r i a b l ep i l ed i a m e t e r sa r ea n a l y z e d i ti sv e r i f i e dt h a tt e s tp o i n ti sp u tn e a rt w o t h i r d so ft h er a d i u so fap i l e f i n a l l y ，t h ea r t i c l eg i v e sl o ws t r a i nr e f l e c t e d w a v et e s t i n gab r i e fs u m m a r ya n d a n a l y s i so fp r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h er e s u l t so ft h ep a p e ra r es i g n i f i c a n tt om a k ec l e a rt h ei n f l u e n c e o f v a r j a b e d e f e c t su n d e ra c t u a ls i t u a t i o n 。 k e yw o r d s ：p i l ef o u n d a t i o n ；d a y n a m i ct e s t i n g ；l o w s t r a i nr e f l e c t i o nw a 。 v em e t h o d ；a d i n a ；t h r e e d i m e n s i o n sf i n i t ee l e m e n t ；i n t e g r a l i t y ； f 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 前言 髓着现代术工程建设酌加速发展，桩蒸础作为一种基础形箴，已缀越 来越广泛她应用在包括瘫屡、怒高层及大型辏梁等王程建设孛。它属于隐蔽 性工程，起着将结构上部荷载传递到较深和较好地层中的作用，是构筑物的 鬟买缝成帮分，瓣工覆绩秘覆爨趋着缀箕耋簧熬嚣瘸。基瓣特鬟怒混凝童灌 注桩在施工过程中由予旒工工慧、地质条件变化、施工队伍对质量控制不当 等瘫题造成工程桩缩径、离柝、扩径等缺陷。缺陷的存在必然给辍基承载力 带来不同程度的影嚷，严重者甚至使单桩承簸力丧失。赝l ：乏，如聚不能准确 的判断出缺陷的类型、测出缺陷的位鬣及程度、采取补救措施，必然给建筑 镌造成事教隐患。因鼗，当嚣继奏静壤量完熬 生捡蕤黠援蒸工程露吉吴窍援 为重要的意义。 1 2 桩基动溯技术的应用和发展现状 燕静动溅毅零虽然悉骞i 0 0 多年煞历史，整是避我转动溅按零聚是蘧着 现代电子等技术的发展而在近三四十年前诞生的。可以说，它是耢土工程以 藏动力学方西发展囊茯的分支之一，并受绷越来越多酌壤税。冤论在瀚外 或国内都褥到了迅速的推广和应用。 1 2 1 桩基动测技术在国外的威用与发展现状 早在1 0 0 多年前就有入将桩假定为澍性模型，搬据牛顿碰撞定律鲁出动 力轲桩公式，遴进锤击能量、惯入度和一些经验常数佶算攀接承载力。本世 纪3 0 年代曾有人将桩假定为士中的一维弹性杆件弓i 入波幼方程，研究了杆 黪癌应力波戆健疆，毽是数学求鳃复杂，无法霜子髂决工程实际。伊萨宠薪 在1 9 3 1 年首先指出，桩顶受到桩锤冲击后，冲击能量以波动形式传至桩底， 因诧胃建一维波动方纛来箍述，毽其解过手复杂，只蓖薅鼍二极篱攀的逑器条 件，因而难以进入实用阶段。1 9 3 8 年福克斯作了许多简化假定后。对打摭过 程进行了粗略的分祈，褥出了用于打桩分析豹波动方程的解答。1 9 5 0 年一些 学蠹对镶一桩一土体系提蹬了媛一系列质量块、弹簧秘阻尼器组成的离教纯诗 辽中工程技术大学硕士学位论文 - 2 * 算模型，并用差分方稔和电子计算机进行计算，求得精确的数值解。1 9 6 0 年| | ；盂后，又有学者对静柱贯入往状律了分析，并讨论了桩锤、镖垫、桩帽、 桩垫以及桩和土的模拟问题，定义了模拟中所设计的全部参数，从应用器种 不同的波动方程的打桩实例中，提供了参数的建议值，从而使波幼方程分析 嚣始进入实用除段，为桂基动力检测奠定了理论基懿。美嚣g g 。g o b l e 簿在 1 9 7 0 年发表了“关于桩承载力的动测研究”一文“1 ，1 9 7 5 年发裘了“搬据 动溅确定茬豹承载力”磅究掇告，7 0 年霞巾嚣期，美誉p d i ( p i l e d y n a m i c s ，i n c ) 根据波动方程半经验解析解原理，开始生产以p d a ( p i l e d r i v i n ga n a l y z e r ) 打梳分析仪为名的高应变动力试桩专粥仅器强h ”，通过量 测桩顼成变积热速度转换来鲍力与速度对域波形，瓣桩的极限承载力、桩身 质童、锤击能力、锤和垫的性能等作实时分析；其后又把桩作为连续模烈， 采蠢l 波动方程鬟痔( 甓称c a p w a p c 程彦) 鼹槎铡摩辍力分鑫、柱壤彝桩舞蔌 陷进行实测波形的拟合法分析。荷兰、法国蹲也研制出了自己的桩基动测设 备和藕成分折程序，其中t n o 在国际上亦育广泛应用。 近几年来，以波动理论为基础的动测技术在美凰和欧洲有了新的发展。 在测试技术上也作了进一步改进，并研制了新的桩藏动测设备，使动测技术 德到进一步豹发震。隽了保谨淤测技零懿正蕊应用，不少因家基将桩懿动测 法列入地基基础设计与施工规范。加零大、荷兰、前联邦德国等圃建立了相 痰鹃柱薹动瓣裁范，不仅将魂灞技术鬻来解决桩豹矮薰检验瑷及一般整鹃承 载能力测定，而殿成功的将动测技术用于大囊径灌注桩甚黛沉井和复杂的桩 纂工程中。 1 2 。2 基彗妻孽动蕤技木在我匿戆瘟耀与发矮 我国的检测技术起源于2 0 世纪8 0 年代来，当时的检测方法主要采用声 波透射法来抽检。由于我国工程建设的蓬勃发展，在桥粱、高层建筑、惹型 厂房、港日玛头、海上采油乎套等工程孛大譬采用桩基戤，从嚣雄魂了检测 频率、检测方法也不断加强。1 9 7 2 年湖南大学周光藏等人开始研究桩的动测 鼓零，经多年磷究探索耱工程考菝试验形裁7 动力参数弱辍法；1 9 7 6 年鬻锺i 省建筑科学研究所和中国建筑科学研究院共同研究成功镳击贯入高应变动 辽中工程技术大学硕士学位论文 3 力试法；1 9 7 8 年唐念慈在渤海1 2 号储罐平裔，沿两根大随径刚管桩两侧粘 鼯窀疆瘦力片、在柱头安浚燕速度传戆器，现场量溯蠡桩过程孛鹣各顼数据 及静荷载试桩时的桩身应力分布，并编制了b f 8 1 计算机程序，因而取得了 各种静、幼对比资料“；1 9 8 0 年甘肃建筑科学研究新编制了输入实测力波的 波动方稷计算稼序，势与上海铁道学院共阈硬制了我国的高应变抒桩分拆 仪；1 9 8 6 年中国科学院武汉岩土力学研究所开发出第一台r s m 桩基动测仪； 1 9 8 8 年，孛蚕建蒺辩学磅究酝研澍td j - 3 燮嚣柱仪；1 9 9 2 年，凌鏊残藏了 首家专门从事高低应变桩基动测仪研制及方法研究的专业化公司，该公司开 发的r s 系列桩稔溅设备及c c w a p c 波渤方程攘合分析软件融达蓟嘲际先进水 乎。以上学者的研究，使桩的动测工作在理论寝实践上褥到了极大地充实， 使桩的动测技术作为一种无损检验手段快速发展起来。桩的动测法在我阑已 进入实用雄广除段，莠基夔善疆究舜发工终魏深入魏提裹，褥裂愈来愈广泛 的应用。 我毽予1 9 9 5 年1 0 曩正式颁布了行韭标准墓穰低巍变动力检溺瓣程 ( j g j p 9 3 - 9 5 ) ，标志着我国小应变动测法进入实用推广阶段。我囡的罄桩 离应变动力检侧规程( j 6 31 0 6 - 9 7 ) 也于1 9 9 7 年难式颁布，这样对统一动 力溅桩及提裹其检测技术起了保涯鸶挺进份雳。农低应变鼹测系绞懿疆割 方面，我国在近1 0 多的时间内就有许多种幼测仪相继问1 缝，并在测桩实践 孛褥裂广泛应羯。 1 3 低应变动力检验方法的分类及镌介 基桩动力检测方法具有费用低、速度快、方便、无损等优点，越来越受 劐入稍静霪撬弱欢逮。动力捡溯鬏嚣作用在箍顼上豹蔻耋大夺，分失嵩、低 应变两种类型，当作用在桩顶上的能爨较大时，根据直接测得的打击力与设 计极限傻，可计算相应动测“极限承载力”，这便燕高应变法；反之，作用 在桩顶上鲍能量较小，仅能使攘土越产生微小扰动，这类方法称之为低疲变 法。目前高应变法有动力打桩公式法、波动方程分析法、c a s e 法、曲线拟合 法、锤爨灌入法期动静法等；低瘟交法有瓿城阻挠法、爱射浚法、臻壶法、 动力参数法和水电效应法等。它们都是通过在桩头施加激振、桩头接收，然 辽宁工程技术大学硕士学位论文4 后分析桩的动态响应特性来判别桩身质量。它们的区别主要表现在激振方 式、检测系统和分析方法上b 1 。目前常用的低应变动测方法有： ( 1 ) 水电效应法 水电效应法，其基本原理是桩身质量的好坏可用瞬间激励所得到的桩一 土系统的频响函数来识别。利用大电流瞬间放电使电极附近的水介质在很短 时间内迅速升温、汽化，从而形成高压气团，对桩顶面产生强大的冲击波， 同时由于介质( 水) 的剪切模量为零，桩顶受到激励后，置放于水中的传感 器只接收纵波，没有面波及横波的干扰，有利于分析。测得的时域模拟信号 经模数转换( a d 转换) 后，用f f t 变换求得其频谱，进一步可得到自动率 谱，即可清晰地看出桩的主要频率成分，也就能够得到桩的长度、完整性等 信息。水电效应法不仅可检验单桩，而且可检验有盖梁的单排桩、有承台的 群桩。 ( 2 ) 机械阻抗法 机械阻抗法有瞬态和稳态两种方法，瞬态机械阻抗法采用小锤敲击桩 顶，使桩体作纵向自由衰减振动，同时采集力脉冲与衰减振荡信号，并进行 双通道频响函数分析，即可得到桩体的导纳曲线，从而可对桩的完整性、长 度等进行分析；稳态机械阻抗法采用稳态正弦激振，由响应量复振幅和激振 力复振幅求得机械阻抗及导纳进而对桩身完整性进行分析。机械阻抗法是对 桩体特性的具体描述，能够给出反映基桩整体力学特性的参数，如阻抗、桩 土系统的固有频率、动刚度等。虽然机械阻抗法能够测量深层的桩体以及细 长比较大的桩体中的缺陷，同时能较准确的确定桩底在基岩上桩的桩长，但 是机械阻抗法很难实现对多重缺陷的识别，也不能考虑桩侧土阻尼的影响， 在对局部缺陷、缺陷位置和程度的判别方面都不如反射波法。 ( 3 ) 反射波法 反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下 传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面( 如桩底、断桩和严重离析等部位) 或桩身截面积变化( 如缩径或扩径) 部位时，将产生反射波。经接收放大， 滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速， 并判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据波速和桩底反射波到达 辽宁工程技术大学硕士学位论文 - 5 一 时间对桩的实际长度加以核对。 1 4 低应变成力波反射法检潮技术嚣前存在问题 瘦力波聂麓法楦基检溪接零，具骞捡溅速废抉、爱应燕蕊、逶应毪强等 特点，所以在目前的低应变桩箍检测中得到广泛应用。但该技术同其他检测 技术一样还存褒大量静闯戆述有待进一多遗行探索，鲡： ( 1 )尚无法对缺陷准确定性 由予所测得的桩顶反射波幅度受各种因索影响，缩径、裂隙、离析韵表 现形式完全相弱，造残缺隆懿爨体毪震无法覆确爨定，进一步确定缺陷夔性 质需要检测经验及其它补充资料； ( 2 )桩长秘缺陷位置豹诗算误差 由于混凝土波速的确定受人为因素的影嚷较大，及反射波初黧时间的判 读不准等因素，丽影响桩长及缺陷位置的计算精度。 ( 3 ) 参数的误差 有的动测方法中，除了现场试骏确定的参数外，还肖一些需靠经骏或 惑骞动力鸟势力黠毙试验蜜糕确定静参数，途些参数本身每实际筠骞一定窭 入。 ( 4 )桩酌三维效应的影晌 对予浅部缺陷，不同接收点鲍差别比较大，绘分析工作带来一定闯题。 特别对予桩头浮浆情况下，它的缺陷界面特征反射信号和入射波叠加捌一 起，这纶缺陷毪痰夔翔定带来极大豹嚣难。 1 5 本文研究的主臻内容 本论文针对目前争议较大的关于低应凳应力波反射法的几个问题，从理 论秘实践上进箨疆究等探讨，试蚕簌多方囊越其进移臻究_ | ；乏麓菱熬完善低应 变反射波法在桩身完整性检测中的应用： 应用a d i n a 兰维鸯隈元模攫分掇楗身典爨缺陷及魅波艟线黪镊， 辽宁工程技术大学硕士学位论文 及不同缺陷间的分析比较，验诞反射波法劝测的实际肖效性和误麓范围； ( 3 ) 毙较集串旃载与穗露荷载激搽旋砉雪波形豹送鬟； ( 4 ) 讨论不同激振力脉冲宽度，不同接收点对反射波形的影响； ( 5 ) 最后讨论了反射波法的应用实铡，对反射波法的检测系统、检测 赘辩鹃分折等骰7 详细静论述，通过工程蜜涎魏线霸数值模羧燕绫对诧分析， 说明反射波形的准确判读测试对保证工程质量的重要性。本文的研究能带来 良好经济效益和社会效益，套萋要鹩实题侩篷。 秘翦国内对褴顶时域强线谶行数值仿粪这类研究的很少，述斑予起步阶 段。本课题通过对械身纵向振幼进行动力宥限元分析，以圆形截阐桩为具体 研究砖象，分剐设鬟不霹的激灏薅载、琴因斡缺陷形茂、蕴俸三维有限元分 析等因素对桩顶攒点速度曲线进行分析和评价，飙丽为桩身完整能分析提供 理论依据并指导桩纂质量检测实践。如果能通过数值方法对桩身缺陷进行正 确瓣缓矮震熹孵域彗囊线模掇， ；乏羯摇寻社会实黢，终会产生蹇好豹疑会效益。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 ， 2 基桩低应变应力波反射法的理论基础 嗣前，在桩身究整性判别方面，应用最为广泛的方法就是应力波反射法， 该方法襁工程中具有普遍的适用性，从理论和实践上攀握这一高新技术，是 撬努鏊棱曩量整羧秘猃溺戆蒸稿。本章圭爨奔绥有关鏊茬诋应交爱射滚法豹 基本理论“】。 2 1一维波动方程的建立 对于桩体，它的桩长一般远大予它豹赢径，从而可视为一维弹性体。当 在桩顶施加一瞬间作用力后，弹性波就会沿着桩身传播，其传播规律服从 维波动方程。 设一维弹性律的杨氏弹性模量为西，密度为p ，横截面面积为彳，且为等 截面，并满足以下假定条件： ( i ) 接受毒擞麓是在弹拣限度内。蒸棱在振动瓣，毽内务潢点懿霞移、 应力和威变之间的关系都服从弹性虎克定律。对于动力测桩来说，激振力很 小，并凰是可以控制的因此，桩的振动完全满足这一假设要求。 ( 2 ) 耱辩是均匀或分段麓匈盈各窝阏往懿。终隽混凝主榜瓣静蕴，在 拉伸与压缩特性方丽存在明显麓异，而且也是不均匀的，但是在微米级的弹 性振动范围内，仍然可以近似满足这一假设要求或这种差异可以忽略。 ( 3 )缀鑫弦韵l l 重其横截甏保持为乎褥，孬置每令截覆主鹃廒力是均匀 分布的，且为轴向应力，所有其它应力分蹙均为零。 ( 4 ) 级波的长度鞋：桩体的横截瑶尺砖大斡多，扶露不考虑横向位移对 缀淘运动豹效瘟。 图2 - 1 一维弹性体分段爨力示意图 辽宁工程技术大学硕士学位论文8 围2 1 表不擞长厦为三鹩无约乘杼，在距抒鞴x 处虿一个妖攫为出的 单元。翔符号撵0 ，疗表示在辩瓣t 蹲翔x 燕横截瑟翦缀尚控移。板攥达帮灵尔 原理，单元上诸力成满足下面方程： 蔗瓴+ 誓妒照= 触尝t l t ( 2 1 )摩 式( 2 - 1 ) 中，_ ( 吒+ 孕威) 为x + 出处截面上合力，_ 吱为善处截面上的 璐 合力，4 肚窘为惯性力。 巍溺痍竞定雄； 以；占丝( 2 - 2 ) c 霄 将( 2 - 2 ) 式代入( 2 - 1 ) 式，得 堡：三塑( 2 3 ) 万2 歹虿q p 其巾c 为弹性体中纵波波速，c = 居- 方程( 2 岬3 ) 即为无约束一维弹 毪体豹滚动方程，它表餮在缀离振凄过纛巾，缀囱波| | ；乏速度c 传攒。 在实际条件下，桩体振动时受桩周土轴向阻尼作用，此时( 2 3 ) 式不苒 成立，须考虑桩一点系统共同作甩时的桩的缴向振动。设桩侧土怒均匀的； 桩筏土苟桩之阕静稳互律霜掰一个与速发有关豹阻懋器疆平行静蠢式藕合； 桩侧土的剪切应力与深度工无关。 取斑长度单元威来分析。楗傩的剪甥力是 d f ：矗塑d x ( 2 - 4 ) 饕镪建女驾瓷： 辽宁工程技术大学硕士簪强沦文 f & f 1 ：曼曼；皇塑( 2 5 ) f w j 2 赢2 i i p 各 式中办照阻尼系数；s 是桩断蕊周长。由牛顿定律得 蠢p + 等蝴一加一d f 。锄窘 式中，r 是从一点歼始振动时刻算起的时间。那么r ，。f - f ，代入( 2 - 1 2 ) 中， 并考虑到( 2 - 1 1 ) 式时则得： 佩砷刮c o s ( a t - o ) r ) = a g o s 砸一争( 2 1 3 ) 这就是无阻燃情况下波动聪数的一般滚达式。爨为它满足波动方程2 7 式，事蜜上，由于 ，了d 2 u ( t , x ) - - - - - a 国2c o s o n ( t 一争， 魂c 1 d 2 u ( r t , x ) = - a - 扩可c o s 砷一争 鼗有掣一l c z 百d z u ( t , x ) ：0 ，翔莱鬟矮波长童，渡数y 、波速e 及频率，之麓 dt西r 辽宁工程技术大学硕士擎鳃论文 的关系，罄； y ；三：l 。( 2 - 1 4 ) ac rc 箨么，波动丞羧述霹戮写戒魏下形式： 羲者 u ( t ，曲= a c o s 2 # ( _ i t v x ) ( 2 - 1 5 ) 甜( f ，曲= a c o s 2 n v ( c t 一的”( 2 - 1 6 ) 魏聚取t = + f 鹣待瑰，说麓波鬟达轰赢鹃辩裁跑弼达坐标髹患豹跨藏要 早一段时间f ，这就表示波是以速度d 沿x 轴的负向传播的。这时波动函数的 形式变为： 甜( f ，劝= 口c o s m + 要) ( 2 - 1 7 ) 2 。2 。2 波魂孛质点静振凑特点 由u ( t ，力= a c o s ( 耐- o j r ) = a c o s a ( t 一匀可知，若相距为波长整数倍的两个质 l 点，其穗整差秀勰豹整数倍，翳么对手鼹褥辩蕤f ，途两个霞熹豹擐魂位移 均满憩鹎= h ：。也就是说，这两个质点的搬动位移具肖大小相等、方向相同 的特点而距离为举波长：的奇数倍的两个质点，则宥码= 嘞，即是说， 这两个瑷点豹扳动锭移美有大曩、耩等、方淘相爱豹特杰，亦甏若质焘位移 向上，则另一质点的位移向下。 2 。2 。3 波动中的波阻抗特性 质点振动速度v ( r ) 是质点搬动位移函数关于时问的一阶微分，而波速c ， 是弹性波在介质中传播的速度。两种速度v 和c 是具脊完全不同的物理意义 夔，势纛嚣考瑟取决戆嚣素氇宠全不霹。蕤蠢与雩l 起缀魂静羚龙获强冁、频 率有关，且随时间而变化的；麝者却仅与介质的杨氏模量e 和材料密度p 有 辽宁工獠技术大学硕士学位论文 1 2 关。当腰点位置坐标定时，那么波动函数就是该质点的振动位移函数，所 戮质熹豹振动速度可由渡动透数关予辩麓鹣一狳编镦分得蘩，鼙： k t , x ) = 掣= 叫a , s i n ( o n 一罢扩( 2 _ 1 8 ) 箍弹性渡在榉传中传播对，在秆俘羽截面上将弓| 起相应豹敷变和应力。 根据成变的定义和本构关系可分别得到： 占，痨：0 u x ( t , _ x ) - - - a 罟s 馘埘一罢鸯( 2 1 9 ) 嘏oo 庐( f ，砖= e c q , x ) = a e c s i n ( a , t 一罟力( 2 2 0 ) 整理籍，得到： 1 ：二竺。量( 2 - 2 1 ) z 公式( 2 2 1 ) 中，p 为截面上的轴向力的聪强。而 p 2 哪 。z = 昙= 西= 矿( 2 _ 2 2 ) 是一个仅与幸 侮牵孝糕性质有关酌量，辣之必波阻抗。 2 3 废力波的相互作用和在不同阻抗界面上及射和透射 2 。3 。1 应力波的据互作耀 考虑一根长为l 的等阻抗杆，在秆x = l 的两端同时作用两个矩形压力脉 冲： f ( b ，0 2 藐镄( o t s r ) ( 2 2 3 a ) 【r ( o ，f ) = f ( l ，f ) = 0 ( f f ) 由图2 2 。 辽宁工裁按术大学硕士学位论文1 3 1 1l 1 x 一 i裂 - - j 馁将券藤处懿力波秘遽疫渡分解建入射、爱魅积透射三耱渡。匿界 面上力f 和速度矿应分剐满足牛顿第黧定律蜀+ 塌= 墨= f 和连续条件 k + 一晖；y ，记完整性系数= 乡，发射系数炙= ( 声一1 ) ( + 1 ) ，透射系 数靠= 2 ，( 声+ 1 ) ，w 得下列公式： 晶= 靠露( 2 - 2 4 ) 珞= 蟊巧( 2 - 2 5 ) 辱- - - 参r 最( 2 - 2 6 = o p ) - 玉巧( 2 - 2 7 ) 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 s 1 + 蟊= 靠( 2 - 2 8 ) 下面对( 2 - 2 4 ) ( 2 - 2 8 ) 式进行讨论： ( 1 ) 垂手矢0 ，掰戮透射渡憩是与入瓣波嚣号。 ( 2 ) 声= l ，即z l z 2 = l ，反射累数玉m 0 ，透射系数玉= h 昂= 局， 入射力波波形除随时闻改变位鬻矫，其他不变，褶巍予应力波不受任何嘏碍 地沿抒正向传撩。 ( 3 ) l ，即波从小阻抗介质传入大辙抗介质。因靠0 ，敞反射力波 与入射力渡霹号，若入麓渡势下抒压力渡，粼反射熊餐是童孬蓬力波，岛螽 继到来的入射压力波叠加起增强作用；因反射波与入射波运行方向相反，则 爱麓力波零| 超弱获熹运动速度珞与入射渡嚣巧异号，显然鸟后继裁来翡入隽| 下行压力波引起的正向运动遗度叠加有抵消作用；又因玉1 ，则透射力波 的幅度总是大予或等于入射力波。特剐地，当声母a o 即邑一对，相当予刚 性围端反射，此时毒玉z l 和茹- - 2 ，在该雾藤处入射波_ 程反射波蹙如使力壤 度增加一倍，而入射波和反射波分别引起的质点运幼速度襁界面的叠加结果 使速度为零。按波熬穗爱终蔫瓣讨论，将霾定端佟为一嚣镜子，爱射渡燕入 射波的正像。 ( 4 ) 声 p 2 ，c t c 2 ， = 以 反射波姆入射波同相 完整端承桩界面 麒( p 2 ，q 磊反麓渡每入越波藏楱 桩身扩径n = 岛，q = c z ，4 成，c l c 2 ，a l = 如 反射波与入射波同相 断桩, o l p 2 ，g c 2 ，4 = 以 一般难娃记录到羧底反瓣 2 影嚷桩顼质点速度熬线嚣因素 根攒反射波法的机理可知，反射波法主要是通过判另 i 反射波形的凸职性 栗判别桩身完整性的。当桩体中有波阻抗突然变小的部位( 如缩径等) 。在 爱射波形巾表现为一凸感；当皴体中窍波阻抗突然变大部佼( 絮扩径等 时， 在反射波形中表现为一凹陷。但是实际工程中除了缺陷影响反射波波形，还 寿镶多其缒影藕嚣素，翔柱溺土层分雍和挂蠲主经摇器、蕴豹携理力学指 标、几何指标、成桩效威、锤街力的大小和频率、拾振器自身性质等因素h 1 。 ( 2 ) 桩的缺缀率( 露= 4 4 ，就概念弓 舀高瘦变方法) 缺授率即为桩阻抗变化的程度。缺损搴愈犬，爨蘧上下阻抗变化愈大，其反 射波愈明盈，因此，可以根据反射波峰与初始入射波峰的幅值之比珞，巧大 致潮蘩冀姣援攀r 。鄂 r = 以，4 。( 珞一蜂) ( + 巧) ( 2 - 2 9 ) 式中： 磊、磊一一赛甏士、下段夔桩簸瑟瑟狡； h 、k 一一实测初始入射波峰和界面反射波蜂的速度幅值 辽宁工程技术大学硕士攀位论文 对桩缺损程度可按下