桩基低应变反射波法检测技术

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1、向各位地基基础检测人员致敬！中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室研究员博导湖北省仪器仪表学会副理事长湖北省无损检测学会荣誉理事长刘明贵理学博士201６年湖北·武汉基桩低应变反射波法检测技术§１应力波的基本理论应力波的基本概念应力波的基本理论1应力波的基本概念1应力波的基本概念1.1振动和波动1.2应力波的产生1.3应力波的分类1.4应力波传播的相关规律1.1振动和波动振动（广义）：任一物理量随时间在某固定值附近做周期性的变化。机械振动：物体（质点）在其平衡位置附近来回往复的运动。生活中常见的机

2、械振动现象:钟摆的摆动；水上浮标的浮动；担物行走时扁担的颤动；在微风中树梢的摇摆；振动的音叉、锣、鼓、琴弦等等。1.1振动和波动波动是振动在空间的传播过程，简称波。波的分类：一类是机械波，由机械振动在介质中引起的波动过程。例如：水波、声波、超声波、地震波等；另一类是电磁波，由电磁振荡所产生的交变电场和磁场在空间的转播过程。例如：无线电波、雷达波等。1.1振动和波动机械波与电磁波的比较：机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中不能传播，而电磁

3、波可以在真空中传播；机械波可以是横波和纵波，电磁波只是横波；机械波与电磁波的许多物理性质相似，（如：折射、反射等），描述它们的物理量也是相同的。1.1振动和波动机械波形成的条件：（1）有做机械振动的波源（2）有传播这种机械振动的介质例如：将石子投入平静的水中，在水面上可见一圈圈向外扩展的水波。1.1振动和波动1.波动的物理实质是（能量）状态的一种传递形式。2.波动是振动的传播过程，振动是波动的根源。3.连续介质中各个质点仅在它们各自的平衡位置附近振动，并没有随振动的传播而流动。1.1振动和波动质点速度是指单位

4、时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量；或：质点在其平衡点附近往复运动的速度。一般只有几（厘米/秒）。波速是指单位时间内振动传播的距离；或：机械波沿介质传播的运动速度。一般会达到几（千米/秒）。1.2应力波的产生应力波的产生举例→用手锤敲击桩顶局部表面→弹性介质质点受到冲击力载荷作用产生位移而离开了初始平衡位置→这部份介质质点与相邻介质质点发生相对运动→与相邻介质质点之间产生作用力（应力）与反作用力（应力）→使相邻介质质点也离开平衡位置而运动（由于惯性，相邻介质质点的运动将滞后）→依此类推，冲击力载荷在桩顶

5、表面引起的扰动将在桩身介质中逐渐由上及下传播下去。1.2应力波的产生扰动在介质中由近及远的传播即是应力波。扰动与未扰动的分界面称为波阵面。扰动的传播速度称为应力波波速。注：引起应力波的外力载荷为动态载荷（也称为动荷载），是随时间而发生变化的载荷。，1.3应力波的分类应力波按物理性质分类纵波P（胀缩波）和横波S（畸变波），其传播速度（波速）分别为Vp和Vs。P波的振动方向与传播方向平行，S波的振动方向则与传播方向垂直。按与界面的相互作用分类在与界面相互作用时，横波S可分为两个分量：SH波和SV波。1.3应

6、力波的分类按与界面相互作用形成的面波的分类表面波与自由表面有关，常见的有：Rayleigh波，出现在弹性半空间或弹性分层半空间的表面附近；Love波，系由弹性分层半空间中的SH波叠加所形成。界面波沿两介质的分界面传播，称为Stonely波。1.3应力波的分类按与介质不均匀性及复杂界面相联系的波的分类衍射波弹性波遇到某种形状的物体时，将发生绕射现象而形成绕射波，亦称为衍射波。散射波弹性波遇到粗糙界面或介质内不规则的非均匀结构时，将发生散射现象而形成散射波。1.3应力波的分类按弥散关系分类简单波即非弥

7、散、非耗散波。弥散波弥散波又分为物理弥散和几何弥散。前者是由于介质材料特性引起的，后者是由于结构几何效应引起的。1.3应力波的分类根据应力大小分类当应力波中的应力值小于介质的弹性极限，则介质中传播的是弹性波，否则将是弹塑性波；当介质为粘性介质，则视应力是否大于介质的弹性极限，将分别传播粘弹性波或粘弹塑性波。弹性波传播过后，介质变形后将能完全恢复原貌；弹塑性波传播过后则将引起介质的残余变形；粘弹性波和粘弹塑性波传播过后引起的介质变形将有一段时间滞后。1.3应力波的分类根据波阵面的几何形状分类根据波阵面不同几何

8、形状，应力波可分为平面波、柱面波和球面波。一般认为：平面波的波源是平面载荷，柱面波的波源是线载荷，球面波的波源是点载荷。1.3应力波的分类根据波动方程的自变量个数分类根据描述应力波的波动方程的自变量个数，应力波可分为一维应力波、二维应力波和三维应力波。此外，应力波还可分为入射波、反射波和透射波，加载波和卸载波，以及连续波和间断波等。1.4应力波传播的相关规律应力波传播