基桩动荷载试验岩土工程原位测试技术 教学PPT学习教案

1、会计学1基桩动荷载试验基桩动荷载试验 岩土工程原位测试技术岩土工程原位测试技术 教学教学2一一桩的动测法发展历史桩的动测法发展历史桩的动力测试技术已有桩的动力测试技术已有100多年的历史。最早的动测方法是多年的历史。最早的动测方法是在能量守恒原理的基础上，利用牛顿碰撞定律，根据打桩时测得在能量守恒原理的基础上，利用牛顿碰撞定律，根据打桩时测得的贯入度来推算桩的极限承载力。的贯入度来推算桩的极限承载力。 近代的动测技术以应力波理论为基础。近代的动测技术以应力波理论为基础。 我国自我国自20世纪世纪70年代开始研究桩的动力测试技术，近年来发年代开始研究桩的动力测试技术，近年来发展很快。展很快。 第

2、1页/共65页3二二桩的动测法分类桩的动测法分类现有的各种动力测试方法依据其激发能量对于桩身的影响而现有的各种动力测试方法依据其激发能量对于桩身的影响而划分为高应变和低应变两大类，其中得到广泛应用的属于高应变划分为高应变和低应变两大类，其中得到广泛应用的属于高应变的代表性方法有的代表性方法有CAPWAPC法（实测曲线拟合法）和法（实测曲线拟合法）和CASE法；法；属于低应变的代表性方法有反射波法、机械阻抗法、声波透射法属于低应变的代表性方法有反射波法、机械阻抗法、声波透射法和动力参数法等，其中声波透射法并不需要对桩身进行激振，但和动力参数法等，其中声波透射法并不需要对桩身进行激振，但习惯上仍将

3、其归于低应变动力测试法。习惯上仍将其归于低应变动力测试法。本章仅讲述低应变动力测试法中的反射波法和高应变动力测本章仅讲述低应变动力测试法中的反射波法和高应变动力测试法中的试法中的CASE法。法。 第2页/共65页4第3页/共65页5图图7-1 反射波法的现场测试示意反射波法的现场测试示意手锤F(t)传感器桩土分析仪第4页/共65页6反射波法使用的设备包括激振设备（手锤或力棒）、信号采集反射波法使用的设备包括激振设备（手锤或力棒）、信号采集设备（加速度传感器或速度传感器）和信号采集分析仪。设备（加速度传感器或速度传感器）和信号采集分析仪。激振设备的作用是产生振动信号。一般地，手锤产生的信号频激振

4、设备的作用是产生振动信号。一般地，手锤产生的信号频率较高，可用于检测短、小桩或桩身的浅部缺陷；力棒的重量和棒率较高，可用于检测短、小桩或桩身的浅部缺陷；力棒的重量和棒头可调，增加力棒的重量和使用软质棒头（如尼龙、橡胶）可产生头可调，增加力棒的重量和使用软质棒头（如尼龙、橡胶）可产生低频信号，可用于检测长、大桩和测试桩底信号。激振的部位宜位低频信号，可用于检测长、大桩和测试桩底信号。激振的部位宜位于桩的中心，但对于大桩也可变换位置以确定缺陷的平面位置。激于桩的中心，但对于大桩也可变换位置以确定缺陷的平面位置。激振的地点应打磨平整，以消除桩顶杂波的影响。另外，力棒激振时振的地点应打磨平整，以消除桩

5、顶杂波的影响。另外，力棒激振时应保持棒身竖直，手锤激振时锤底面要平，以保持力的作用线竖直应保持棒身竖直，手锤激振时锤底面要平，以保持力的作用线竖直。第5页/共65页7采集信号的传感器一般用黄油或凡士林粘贴在桩顶距桩中心采集信号的传感器一般用黄油或凡士林粘贴在桩顶距桩中心2/3半径处（注意避开钢筋笼的影响）的平整处，注意粘贴处要平半径处（注意避开钢筋笼的影响）的平整处，注意粘贴处要平整，否则要用砂轮磨平。粘贴剂不可太厚，但要保证传感器粘贴牢整，否则要用砂轮磨平。粘贴剂不可太厚，但要保证传感器粘贴牢靠且不要直接与桩顶接触。需要时可变换传感器的位置或同时安装靠且不要直接与桩顶接触。需要时可变换传感器

6、的位置或同时安装两只传感器。两只传感器。信号采集分析仪用于测试过程的控制、反射信号的过滤、放大信号采集分析仪用于测试过程的控制、反射信号的过滤、放大、分析和输出。测试过程中应注意连线应牢固可靠，线路全部连接、分析和输出。测试过程中应注意连线应牢固可靠，线路全部连接好后才能开机。好后才能开机。第6页/共65页822211121ACACZZn第7页/共65页9 I R Z1=1C1A1 Z2=2C2A2 T 图7-2 应力波的反射与透射 式中，式中，V、分别表示质点振动的速度和产生的应力，下标分别表示质点振动的速度和产生的应力，下标I、R、T分别表示入射波、反射波和透射波。分别表示入射波、反射波和

7、透射波。由波阻抗的物理含义可写出：由波阻抗的物理含义可写出：I=- -ZVI/A=- - 1C1VI速度向下为正，此时产生压应力，故式中有一负号。速度向下为正，此时产生压应力，故式中有一负号。类似有：类似有： R= 1C1 VR T=- - 2C2VT第8页/共65页10称为反射系数称为反射系数 （7-7a） 称为透射系数称为透射系数 （7-7b）式（式（7-6）是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位）是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。关系进行分析的重要关系式。nnF11nT12第9页/共65页11 0 t1 t VI VR Z1 Z2 x VT 图

8、7-3 桩身完好时的波传播过程 V(t) 0 t t1=2L/C 图 7-4 完好桩的测试波形 第10页/共65页12式（式（7-8）即为反射波法中判断桩长或求解波速的关系式。在）即为反射波法中判断桩长或求解波速的关系式。在式（式（7-8）的应用上，应已知）的应用上，应已知C或或L之中的一个，当二者都未知时，之中的一个，当二者都未知时，有无穷个解，因此实用中常常利用统计的方法或其他实验的方法来有无穷个解，因此实用中常常利用统计的方法或其他实验的方法来假定假定C或根据施工记录来假定或根据施工记录来假定L，以达到近似求解的目的。，以达到近似求解的目的。12tLC 第11页/共65页13 V(t)

9、t1 0 t t2 图7-6 截面减小时的测试波形 第12页/共65页141122121CtLCtL V(t) t1 0 t t2 图 7-8 截面变大时的测试波形 第13页/共65页151122121CtLCtL第14页/共65页16.)(21.)(212111211iittCttCCtL 0 t1 t Z1 VI VR Z2 L1 Z1 x 图 7-9 桩身断裂时的波传播过程 V(t) t1 0 t t t t 图 7-10 断桩的测试波形 第15页/共65页17 V(t) t1 0 t t2 图7-12 桩身局部断裂时的测试波形 第16页/共65页181）缩径：）缩径：n1= Z1/Z2

10、= A1/A21，F0。所以：。所以：VR与与VI同号，同号，VT与与VI同号。同号。n2= Z2/Z1= A2/A10。所以：。所以：VR与与VI反号，反号，VT与与VI同号。同号。第17页/共65页19 V(t) t1 0 t t2 t3 图 7-14 局部缩径、夹泥、离析时的波形 1, 1112222211211CCnCCZZn第18页/共65页20实际上，由于实际上，由于L2处的反射信号在返回桩顶时又经过处的反射信号在返回桩顶时又经过L1处的反射处的反射与透射，故能量较与透射，故能量较Ll处的一次反射弱，一般较难分辩。当缺陷严重处的一次反射弱，一般较难分辩。当缺陷严重时，桩底的反射信号

11、也较弱。时，桩底的反射信号也较弱。另外，以上三种缺陷的的进一步鉴别可根据：另外，以上三种缺陷的的进一步鉴别可根据：根据地质报告和施工记录以及桩型区分；根据地质报告和施工记录以及桩型区分；321CtL 1121CtL )(2112ttCL第19页/共65页21 0 t1 t2 t VI VR VT x 图 7-15 有扩大头时的波传播过程 V(t) 0 t t1 t2 图 7-16 有扩大头时的测试波形 第20页/共65页22 0 t VI VR Z1 Z2 x 图 7-17 嵌岩桩的波传播过程 V(t) 0 t t 图 7-18 嵌岩桩的测试波形 第21页/共65页23第22页/共65页24第

12、23页/共65页25Cce49. 018. 4第24页/共65页26第25页/共65页27第26页/共65页28第27页/共65页29第28页/共65页30022222 xuCtu /EC 第29页/共65页31 图 7-19 桩身中的上行波与下行波 上行波 g(x+ct) 下行波 f(x-ct) （7-12）这里应注意：这里应注意：v是表示质点运动的速度而是表示质点运动的速度而C是波的传播速度，是波的传播速度，两者是完全不同的概念。两者是完全不同的概念。 fCCCtxftCtxfv )()()(第30页/共65页32fCtxfxCtxf )()( CAEZ 由公式（由公式（7-12）、（）、

13、（7-14）和（）和（7-15）可推得下行波的质点）可推得下行波的质点运动速度运动速度v和截面上的内力和截面上的内力P之间存在着一个恒定的关系式：之间存在着一个恒定的关系式：P=Zv （7-16） 第31页/共65页33gCtCtxgv )( vvtctxgtctxftuv)()( PPxctxgxctcfAExuAEP)()(第32页/共65页34（2）应力波在自由端和固定端的反射）应力波在自由端和固定端的反射当桩端为自由端时，有边界条件（当桩端为自由端时，有边界条件（图图7-20）P= P+ P=0 =0 （7-24） P P 图 7-20 桩端自由时 P=0 （7-22）（7-23） Z

14、PvvZPvvmmmm2121 mmmmZvPPZvPP 2121第33页/共65页35第34页/共65页36于是：于是：P= P+ P= 2P （7-30）上述公式表示当桩端为固定端时，入射的应力波将产生一个上述公式表示当桩端为固定端时，入射的应力波将产生一个相同的反射波。在杆端处由于波的叠加使桩端反力增加一倍。相同的反射波。在杆端处由于波的叠加使桩端反力增加一倍。 P P P 图 7-21 桩端固定时 v=0 第35页/共65页37i 截面处的平衡条件和连续条件为：截面处的平衡条件和连续条件为： （7-33） v1 v1 P1 P1 R(i) P2 P2 v2 v2 图 7-22 桩侧摩阻

15、力的影响 111111vvvPPP 222222vvvPPP2121vviRPP ）（第36页/共65页38）（）（iRPPiRPP21211221 第37页/共65页39 22112211vvvvPPPP Z1 v1 v1 P1 P1 P2 P2 v2 v2 Z2 图 7-23 桩截面变化的情况 112222111221ZPZPZPZPPPPP 2211212122221112112122PZZZZPZZZPPZZZPZZZZP第38页/共65页40（透透射射波波）（反反射射波波） 121221211212PZZZPPZZZZP（反反射射波波）（透透射射波波） 221122221112PZZ

16、ZZPPZZZP第39页/共65页41 tPtPZtPtv mm第40页/共65页42 kjkjmCLjCLjtPCLjCLjCLtPtPZCLCLtPCLtPtPZv111111)1()22()222()(1)/2/2()/2()(1 kjkjmCLjCLjtPCLjCLjCLtPtPP11111)1()22()222()(第41页/共65页43 )22,(21)2,(2111)2(CLCXtiRCXtiRZviim)22,(21)2,(211)2(CLCXtiRCXtiRPiim 第42页/共65页44 kjikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRZtv11111)2()

17、2222,(21)222,(211)( kjikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRtP11111)2()2222,(21)222,(21)(考虑在不同的位置考虑在不同的位置X1，X2，X3，Xn处作用有不同的处作用有不同的摩阻力摩阻力Ri（i，t）（）（i=1,2n），对），对i求和，有：求和，有：（7-44）（7-45） nikjinikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRZtv1111111)2()2222,()222,(21)( nikjinikjimCjLCjLCLCXtiRCjLCjLCXtiRtP1111111)2()2222,()222,(2

18、1)(第43页/共65页45 nikjnikjmCjLCjLtiRCjLCjLCLtiRZtv1111111)3()22,()222,(21)( nikjnikjmCjLCjLtiRCjLCjLCLtiRtP1111111)3()22,()222,(21)()()()()()()()()()3()2()1()3()2()1(tPtPtPtPtvtvtvtvmmmmmmmm 第44页/共65页46 niiniimCLCXtiRCXtiRtPZtv111)22*,(21)2*,(21*)(1*)( nininiiniiniiniimCLtiRtiRCLCXtiRCLCXtiRCLCXCLtiRCX

19、CLtiRCLtPtPCLtPZCLtv11111111111)2*,(21*),(21)42*,(21)22*,(21)222*,(21)22*,(21)2*(*)()2*(1)2*(第45页/共65页47 niiniimCLCXtiRCXtiRtPtP111)22*,(21)2*,(21*)(*)( nininiiniiniiniimCLtiRtiRCLCXtiRCLCXtiRCLCXCLtiRCXCLtiRCLtPtPCLtPCLtP11111111111)2*,(21*),(21)42*,(21)22*,(21)222*,(21)22*,(21)2*(*)()2*()2*( niinimmmmCXCLtiRtiRCLtvZtvZCLtPtP11)22*,(*),()2*(*)()2*(*)(第46页/共65页48)(*),()22*,(iRtiRCXCLtiRi )2*(*)(2)2*(*)(21)22*,(*),(*)(11CLtvtvZCLtPtPCXCLtiRtiRtRmmmmniiniT第47页/共65页