土动力学实验报告.docx

目 录试验1：单孔法（检层法）波速测试1一、试验目的1二、试验基本原理1三、试验设备描述2四、试验过程与步骤2五、数据处理2试验2：面波（瑞利波）波速测试9一、试验目的9二、试验基本原理9三、试验设备描述9四、试验过程与步骤9五、数据处理10试验3：反射波法测试桩的完整性13一、试验目的13二、试验基本原理13三、试验设备描述13四、试验过程与步骤13五、数据处理14参考文献16试验1：单孔法（检层法）波速测试试验日期：2012年11月12日（第10周周一，7、8节课）试验地点：岩土楼后试验场一、试验目的测试各个土层的波速，为工程抗震设计和研究土的动力特性提供具体参数。二、试验基本原理单孔法波速测试，是在一个垂直钻孔中进行波速测试的一种方法。首先根据勘察要求用钻机成孔，然后将钻孔检波器放至预定深度的测试点，并同时在孔口附近设置激震板，测出由激震板产生的波到孔中检波器所需的时间，就可以求得剪切波在土中的波速（本试验中，波速均为土层平均波速）。试验示意图如图1-1所示。图1-1 单孔法波速测试示意图波速计算公式为：式中，为波的行程，；为测试点深度； 为激震板至孔口的距离，本试验中为0.97m； 为波的传播时间，这里根据正反向激震产生相位差180的剪切波特性确定。三、试验设备描述1、激震板。一块长约3m，宽约0.30.4m，厚约0.1m的木板。测试孔应位于木板长轴的中垂线上，距离为约1m，本试验中为0.97m。木板与地面紧密接触，同时木板上应该有约500Kg的压重（本试验中是在木板上站7名同学作为压重）。2、重锤。用于敲击激震板两端，从而产生弹性波。3、检波器及连接线。检波器有两个，孔口检波器（单向检波器）用于采集木板下的激震波，而钻孔检波器（三分向检波器）应放至预定深度的测试点，用于接收波信号。4、信号采集系统。自动化的数字信息采集，可以直接显示出检波器中接收到的各种波的信号，用于分析计算。信号采集系统有四个通道，其中ch1采集的是木板下的单向检波器接收的波形，ch2、ch3、ch4分别采集的是三分向检波器中X、Y、Z向的波形。四、试验过程与步骤1、根据试验要求确定孔深及试验点，先成好孔。孔的最大深度最后超过预定深度约0.5m。2、将孔口检波器埋置好，然后将木板压下，木板要求和地面紧密接触，地面要平整，板上站7名同学约500Kg左右作为压重。当铁锤水平敲击板端时，板就要在地面滑动，但摩擦力阻止板的滑动，板就使土层表面产生剪切变形。由于弹反力的作用，板在平衡位置附近来回振动，因而在土层表面产生正负剪切变形。由于颗粒间有联系，变形就会扩展和传递给其它土颗粒，这样就形成了剪切波。又由于板和地面水平接触，因此，这样的波是水平剪切波SH波，它的传播方向向下，质点运动方向与之垂直。3、将钻孔检波器慢慢放入钻孔中，下到预定深度。4、调试好所有测试仪器，检查是否都能正常工作。5、敲击木板，并同时启动自动记录仪器，记下振动的波形。敲板时用力均匀，干净利落，尽量水平敲击，并且敲击位置在板端断面的中心处。板的两端各敲击一次，以产生相位差为180的剪切波，根据波形的不同来判定波的传播时间，以此计算波的平均波速。五、数据处理1、波形分析与鉴别。波形分析与鉴别的目的是要确定剪切波传播的时间。由于外界干扰以及敲击在激震板上产生的压缩波在地下折射，实际上得到的波形记录往往是剪切波和压缩波复合在一起的波形，这给剪切波的鉴别带来了困难。但是，我们可以根据剪切波（即S波）和压缩波（即P波）的一些特点将它们区分开来。（1）、速度不同。压缩波的传播速度比剪切波的传播速度快，即压缩波先到达，剪切波后到达。（2）、能量及频率不同。压缩波传递的能量小，因此波峰小，而剪切波的能量大，因此波峰大。并且两种波的频率不一致，当剪切波到达时，波形曲线上会有个突变，以后过度到剪切波波形。（3）、剪切波相位差180，波形相反。当激震板两端各敲击一次时，产生相位差为180的剪切波，但压缩波的相位不变。所以比较同一深度的两次波形记录，将记录的激震时间信号对齐，找到相位差180的两个最大波峰及波谷，即为剪切波到达的时刻。2、平均波速计算。（1）、m根据波形可知， （2）、m根据波形可知， （3）、m根据波形可知， （4）、m根据波形可知， （5）、m根据波形可知， 3、波速测试成果图。图1-2 波速测试成果图试验2：面波（瑞利波）波速测试试验日期：2012年11月26日（第12周周一，7、8节课）试验地点：岩土楼后试验场一、试验目的测试瑞利波在地基土中的传播速度，为工程抗震设计和研究土的动力特性提供具体参数。二、试验基本原理面波法波速测试分为瞬态法和稳态法。本试验采用的是稳态法波速测试。所谓稳态法，就是在地表施加一定频率的稳态振动，振动能量以面波的形式向四周传播。该面波的波速可由下式确定：式中，稳态振动频率，即面波的波动频率（Hz）； 面波的波长（m）。其中，可以人为控制，所以只要测出面波的波长，就可以求得。三、试验设备描述1、震源。本试验采用机械式激震器，即由电动机和调速器构成。电动机安置在一个混凝土底板上，混凝土底板与地基土紧密接触。电动机通过调速器进行控制，产生不同频率的转动，以此激震出不同频率的面波。2、拾震器。用于接收面波信号，本试验中，在距离激震器1m、2m、3m的地表各插入一个拾震器。3、数据采集系统。自动化的数字信息采集，可以直接显示出拾震器中接收到的各种波的信号，用于分析计算。信号采集系统有四个通道，其中ch1、ch2、ch3分别采集的是距离激震器1m、2m、3m的地表的拾震器接收的波形，ch4未使用。四、试验过程与步骤1、按照试验要求，布置好试验设备。包括固定好电动机、连接好电动机和调速器、插放好拾震器，并检查电动机、调速器是否能正常工作和调试好信号采集系统。2、开动激震器，调至预先定好的频率，待电动机稳定转动后，采集信号数据。3、重复第2步，直至完成试验。五、数据处理1、波形分析与鉴定。波形分析与鉴别的目的是要确定瑞利波的波长。本试验与一般的稳态振动法有所区别。一般的稳态振动法，是通过移动拾震器使波形变化出现相位差180，以此确定移动距离即为半波长，进而得到波的波长。而本试验中，拾震器的位置固定（三个拾震器间距为1m），所以只能通过所测的波形来判定它们的相位差，按照一个波长相差360相位的原理进行计算得到波的波长。2、波速计算。（1）根据波形可知，ch1、ch2、ch3波形相差约10ms。 1m间距内的波形相位差为 （2）根据波形可知，ch1、ch2、ch3波形相差约10ms。 1m间距内的波形相位差为 （3）根据波形可知，ch1、ch2、ch3波形相差约10ms。 1m间距内的波形相位差为 （4）平均波速试验3：反射波法测试桩的完整性试验日期：2012年12月10日（第14周周一，7、8节课）试验地点：岩土楼试验室一、试验目的反射波法是桩基低应变检测采用的十分常见的方法，它利用实测的反射波信号特征来检测桩本身结构的完整性，推算缺陷类型及位置等。二、试验基本原理反射波法属时域低应变检测法，其基本原理是桩身中的缺陷会引起波阻抗的改变。当应力波沿桩身向下传播时，如遇到波阻抗变化的截面将会发生反射，也就是在缺陷处产生反射波。这样就可以利用在桩顶接收到的反射波信号识别缺陷出现的位置、缺陷类型以及其严重程度等。同时可以计算出桩身混凝土的平均波速，计算公式如下：式中，为桩身全长，为桩底反射波的传播时间。本试验是用一根长1m的弹性杆件来模拟桩身，所以整个试验只是个模拟过程。将杆件悬空，即与地板上铁块脱开，进行模拟桩缩颈或断桩的情况。将杆件与地板上铁块紧密接触，进行模拟桩扩颈的情况。三、试验设备描述1、榔锤。作为动力源，用于敲击桩顶，以产生瞬态应力波。2、加速度传感器及连接线。3、数据采集系统。自动化的数字信息采集，可以直接显示出传感器中接收到的波的信号，用于分析计算。四、试验过程与步骤1、按照试验要求，连接好仪器设备，并检查是否正常工作。2、在桩顶处用榔锤进行敲击。3、通过传感器及数据采集系统记录反射波的波形信号。4、对桩进行缺陷分析。五、数据处理1、桩缩