岩土工程课件5.基桩动荷载

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1、岩土工程原位测试技术第7章　基桩动荷载试验1第7章　内　容7.1概述7.2反射波法7.3Case法27.1概述一．桩的动测法发展历史桩的动力测试技术已有100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。我国自20世纪70年代开始研究桩的动力测试技术，近年来发展很快。3二．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CAPWAPC法（实测曲线拟合法）和CASE法；

2、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试法中的CASE法。47.2反射波法一．试验方法和设备反射波法（也称为应力波反射法）的现场测试如图7-1所示。对完整的测试分析过程可以描述如下：用手锤（或力棒）在桩头施加一瞬态冲击力F(t)，激发的应力波沿桩身传播，同时利用设置在桩顶的加速度传感器或速度传感器接收初始信号和由桩阻抗变化的截面或桩底产生的反射信号，经信号处理仪器滤波、放大后传至计算机得到时程曲线

3、（称为波形），最后分析者利用分析软件对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析，并结合有关地质资料和施工记录作出对桩的完整性的判断。5图7-1反射波法的现场测试示意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

4、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。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、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。8二．基本测试原理与波形分析1．广义波阻抗及波阻抗界面设桩身某段为一分析单

5、元，其桩身介质密度、弹模、弹性波波速、截面面积分别用、E、C、A表示，则令Z=CA=EA/C（7-1）称Z为广义波阻抗。波阻抗的物理含义为：F=ZV式中，F为波阵面所受的力，V为波阵面的质点振动速度。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的、E、C、A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为（7-2）称n为波阻抗比。92．应力波在阻抗界面处的反射与透射设一维平面应力波沿桩身传播，当到达某一与传播方向垂直的波阻抗界面（图7-2）时。根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有VI+VR=VT（7-3）A1（σI+σR）

6、=A2σT（7-4）式中，V、σ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。由波阻抗的物理含义可写出：σI=-ZVI/A=-1C1VI速度向下为正，此时产生压应力，故式中有一负号。类似有：σR=1C1VRσT=-2C2VT10代入式（7-4），得1C1A1（VI－VR）=2C2A2VT（7-5）联立式（7-3）和（7-5），求得VR=－FVI（7-6a）VT=nTVI7-6b）式中称为反射系数（7-7a）称为透射系数（7-7b）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关系进行分析的重要关系式

7、。113．桩身不同状况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系（1）桩身完好，桩底支承条件一般此时，仅在桩底存在界面，速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。12因为1C1A1>2C2A2，所以n=Z1/Z2>1，代入式（7-7）得F<0，（T恒>0）由式（7-6）可知，在桩底处，速度量的反射波与入射波同号，体现在V（t）时程曲线上，则为波峰位于中线的同一侧（同向）。典型的完好桩的实测波形如图7-4。由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t1、纵波波速C、桩长L三者之间的关系为（7-8）式（7-8）即为反射波法中判断桩长或求解波速

8、的关系式。在式（7-8）的应用上，应已知C或L之中的一个，当二者都未知时，有无穷