低应变动测原理.ppt

马克生 博士/副教授 注册岩土工程师太原理工大学 第一部分 低应变动测原理与应力波理论 一、概述 （一）基本概念 动力试桩— 1、在桩顶给桩作用—竖向动态力，动态力可以瞬态冲击力或稳态激振力。 2、用不同功能的传感器可以在桩顶量测不同的动力响应信号（如位移、速度、加速度） 3、借助一维波动理论通过对信号的时域分析，频域分析或传递函数分析可以进行桩身结构完整性和单桩承载力的评价。 动力响应—桩土系统对动态力作用的反应。 动力试桩的分类： 高应变法： 0.01%~0.001%（桩土之间发生一定的塑性位移，2~3mm）{用于评价承载力，完整性}。 低应变法 ：0.00001%（桩土之间发生一定的弹性位移， 用于评价完整性） 说明：低应变法用于承载力评价：理论依据不充分，动刚法为经验法 （基桩低应变动力检测规程（JGJ/T93--95）规定），可用机械阻抗法和动参数推算单桩承载力） 一点的应变： 一点的应力： 低应变法的类别： 应力波反射法，机械阻抗法{稳态激振法，瞬态激振法}，动参数法，水电效应法，球击法，火箭激振法。目前，绝大多数的单位采用的方法是应力波反射法。 应力波反射法----采用瞬态冲击方式，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，籍一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性。 速度响应时域曲线（瞬态时域分析）→速度幅频曲线 →导纳曲线（瞬态机械阻抗法（动刚度））→导纳曲线（稳态机械阻抗法） 理论上忽略截断和泄漏误差，时域分析与频域分析殊途同归（角度不同{波动理论，振动理论}）结果完全相同） 实际分析时以时域分析为主，频域分析便于排除高频干扰波的影响 速度响应时域曲线（瞬态时域分析）→速度幅频曲线 →导纳曲线（瞬态机械阻抗法（动刚度））→导纳曲线（稳态机械阻抗法） 理论上忽略截断和泄漏误差，时域分析与频域分析殊途同归（角度不同{波动理论，振动理论}）结果完全相同） 时域分析与频域分析的关系： 实际分析时以时域分析为主，频域分析便于排除高频干扰波的影响 桩身完整性—反映桩身截面尺寸相对变化，桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。 说明：（1）连续性包含了桩长不够的情况 （2）截面尺寸相对变化的相对衡量尺度—根据设计桩径并针对不同成桩工艺的桩型按施工验收规范考虑桩径的允许负偏差 桩身缺陷—使桩身完整性恶化，在一定程度上引起桩身结构强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、夹泥、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。 目前在我国桩基检测的相关规范中，桩身完整性抽检的方法: 高应变动测法、低应变动测法、钻芯法、声波透射法 . （二）、动力试桩与静力试桩的根本区别 荷载性质和加荷载速率不同 静力试桩：加荷缓慢，加速度和惯性效应可忽略，桩土静力平衡 ，Q-S一一对应 动力试桩：加荷快，（冲击力一般10—20ms），应力波频谱成分和持续时间有关，具体与桩土动力响应与桩土固有动力特性，扰动源的强度等有关。 加速度高（ 400—600g ），惯性效应和材料粘性性质要考虑，桩土动力响应与时间有关。 （三）静动试桩法的功能区别： 静力试桩：强度和变形 结果可靠 为设计提供依据 可用于检验性试桩和设计性试桩 动力试桩：桩身完整性和土的承载力 结果可靠性差 用于检验性试桩 设计性试桩--目的是为设计者提供设计依据和确定工程桩的施工工艺 试验对象—专门制作的试验桩 程序: 制作试验桩→设计性试桩→设计工程桩→施工工程桩 检验性试桩—目的检验工程桩单桩承载力是否满足设计要求和桩身结构完整性情况 试验对象—工程桩 程序:工程桩设计→工程桩施工→检验性试桩 （四）动力试桩的优点：（与静力试桩相比） （1）仪器设备轻便 检测速度快和费用较低 静力试桩：堆载法：堆载重量为最大加载量的120% 锚桩法：设备重量为最大加载量的5~10% 动力试桩：高应变：锤重为单桩极限承载力的1~1.5% 低应变：锤重5—12磅，几百克—几十千克 静力试桩：2—5天/根 高应变：4—6根/天 低应变：30根/天 （2）可检测桩身结构完整性 另外还可监测打桩应力，测试垫层特性，预分析沉桩能力，区分破坏模式是土的破坏还是桩身结构的破坏。 （3）对工程桩进行普查: 容易发现工程桩中的整体施工质量，便于更好的保证工程质量，可为静力试验桩的选择提供依据 （4）波形拟合法不仅可得到单桩承载力，还可进行桩侧阻力分布和桩端阻力值的估计 二、一维波动方程的建立与求解 1、桩的动测技术是以一维波动方程为理论基础的，当给桩顶不论是振动或锤击等激励时，都以应力波形式沿桩身传递，传递过程的分析是以一维波动方程为数学模型的。 模型：假设桩为等截面均质无限长