一种用于基桩检测的扭剪波激振采集分析方法技术

本发明专利技术属于工程测量技术领域，公开了一种用于基桩检测的扭剪波激振采集分析方法，包括：通过在被测桩桩侧施加切向力生成扭剪波；通过反对称安装在桩身两侧的两只传感器，分别获得所述两传感器位置处的振动信号；将所述两传感器获得的振动信号叠加得到扭剪波信号；根据扭剪波信号，计算缺陷位置的等效半径和等效回转半径，进而分析缺陷的程度和性状；识别浅部缺陷；检测纵向缺陷；通过扭剪波的频域分析，计算桩长和缺陷位置。本发明专利技术方法通过桩顶偏心激振和反对称安装的传感器实现扭剪波的激振采集，通过改进的公式与分析方法将扭剪波测试技术成功应用于实际检测，实现扭剪波对纵波的补充，进一步将基桩低应变检测技术引向深入。

Torsional shear wave excited vibration acquisition and analysis method for pile foundation testing

The invention belongs to the technical field of engineering measurement, for wave excitation collection and analysis method, cut pile testing torsion consists by applying tangential force generated torsion shear wave in the tested pile; by antisymmetric mounted on two sensors on both sides of the pile, the vibration signal is obtained at the two position of the sensor respectively; vibration signal superposition of the two sensors was obtained according to the torsional shear wave signal; shear wave signal, and the equivalent radius of gyration radius of the equivalent defect position, and then analyzes the degree and character of shallow defects; defect recognition; detection of longitudinal defects; through the analysis of torsional shear wave frequency, calculation of pile length and the position of defect. The method of the present invention pile eccentric vibrator and antisymmetric mounted sensors to achieve torsional vibration wave acquisition, through the formula and analysis method of the improvement of torsional wave testing technique is successfully applied in practical testing, realize the torsional shear wave of P-wave, the pile low strain testing technology in depth.

【技术实现步骤摘要】
一种用于基桩检测的扭剪波激振采集分析方法
本专利技术属于工程检测
，更具体地，涉及一种用于基桩检测的扭剪波激振采集分析方法。
技术介绍
扭剪波与纵波的传播机理相近，但是二者对于同种缺陷的波形反应却并不相同。纵波反射波法存在对浅部小缺陷具有检测盲区、对竖向裂缝不敏感和横向惯性弥散等问题，扭剪波可以弥补其不足；而纵波的特点在于波速比扭剪波波速高，传播的距离更远，能够测到的桩长更长，便于检测到长桩桩底。综合纵波法和扭剪波法分析，将扭剪波曲线与纵波曲线联合，可以计算缺陷位置的等效半径和回转半径，等效半径相当于把缺陷等效为实心圆外面的环形，而回转半径与缺陷形状密切相关，回转半径可以判断缺陷的偏心程度，从而可以进一步提高对于缺陷性状的认知，进一步扩大了低应变法的应用范畴，使该方法更具明确物理意义。现有技术中虽然理论非常成熟，但是相比较纵波的激振，在当下基桩检测领域，尚未有一种行之有效的激振方式使得扭剪法的理论能够应用到实际当中，扭剪法信号的提取方式也是扭剪法无法应用到实际的一大难题，而且对于浅部缺陷盲区和纵向裂缝也缺乏一种行之有效的采集分析方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于基桩检测的扭剪波激振采集技术及分析方法，其目的在于在扭剪波法中提供一种行之有效的激振方式以及扭剪波信号的提取方式，由此解决现有技术中扭剪波缺乏简便有效的激振方式且没有有效的提取方式的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于基桩检测的扭剪波激振采集技术及分析方法，包括：通过在待测基桩桩侧施加切向力产生横向偏心激振，从而生成扭剪波；通过反对称安装在桩身两侧的两只传感器，分别获得该传感器位置处的振动信号；将所述两只传感器所获得的振动信号叠加得到扭剪波信号；根据所述扭剪波信号和纵波信号计算缺陷位置的等效半径和回转半径，并进一步根据所述等效半径和回转半径识别缺陷程度与性状；或者，根据所述扭剪波信号，识别浅部缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，检测管桩纵向裂隙或灌注桩纵向泌水缝缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，利用频域分析，分析扭剪波中各谐振频率和频差对应的缺陷位置。本专利技术的一个实施例中，通过在被测基桩的桩侧施加切向力产生横向偏心激振，具体为：在圆桩桩侧通过膨胀螺栓固定木质、尼龙质、铝质、铁质激振块，使用激振锤沿圆桩侧面切向敲击所述激振块，通过激振块向所述圆桩施加切向力产生横向偏心激振；或者，使用激振锤敲击方桩桩顶处的桩身侧面角点，从而施加切向力产生横向偏心激振。本专利技术的一个实施例中，所述振动信号为所述传感器位置处的切向速度，所用传感器为能够横向固定安装且灵敏度为50mV/ms-2的加速度计。本专利技术的一个实施例中，所述将两个传感器所获得的传感信号叠加得到扭剪波信号，具体为：VS＝VT1+VT2其中，VS为叠加后得到的扭剪波信号，VT1和VT2分别为两个传感器获得的切向速度信号。本专利技术的一个实施例中，根据所述扭剪波信号和纵波信号，计算缺陷位置的等效半径和回转半径，具体为：其中：VR——实测纵波第一次反射波波峰幅值；VI——实测纵波入射波波峰幅值；ωR——实测扭剪波第一次反射波波峰幅值；ωI——实测扭剪波入射波波峰幅值；R1——完整桩身等效半径；R2——缺陷处桩身等效半径；Rg1——完整桩身回转半径；Rg2——缺陷处桩身回转半径；η——桩侧土耦合系数；b——缺陷处的深度；ξ——桩身等效半径与桩身回转半径的平方比；进一步根据所述等效半径和回转半径识别缺陷性状。等效半径相当于把缺陷等效为实心圆外面的环形，而回转半径与缺陷形状密切相关，回转半径可以判断缺陷的偏心程度，从而可以进一步提高对于缺陷性状的认知。本专利技术的一个实施例中，根据所述扭剪波信号识别浅部缺陷，具体为：根据扭剪波对浅部缺陷的反射到时计算浅部缺陷位置，并根据反射幅值计算等效半径和回转半径，进而得出所述浅部缺陷的缺陷程度及性状。扭剪波波速：纵波波速结果：其中：CS——扭剪波波速；CL——一维纵波波速；E——桩身混凝土材料弹性模量；G——桩身混凝土材料剪切模量；ρ——桩身混凝土材料密度；ν——桩身混凝土材料泊松比。桩身混凝土材料的泊松比v介于0.16～0.18之间，相应一维纵波波速约为剪切波波速的倍，同一缺陷的反射到时，扭剪波长于纵波倍。依据扭剪波信号分析，有效避免了浅部缺陷在纵波信号中因到时过短而受振源脉宽影响导致的难以识别问题也即所谓浅部盲区问题。并且进一步地，根据所述扭剪波信号和纵波信号，计算缺陷位置的等效半径和回转半径，并根据等效半径和回转半径计算所述浅部缺陷的位置和缺陷性状。本专利技术的一个实施例中，根据所述扭剪波信号，检测管桩纵向裂隙或灌注桩纵向泌水缝缺陷，具体为：比较所述纵波信号和所述扭剪波信号，如果同一缺陷在所述纵波中没有形成反射波，而在所述扭剪波中形成了明显的反射波，那么，对于管桩而言，意味着该处存在纵向裂隙，对于灌注桩而言，则可能存在纵向泌水缝。本专利技术的一个实施例中，根据所述扭剪波信号，利用频域分析，分析扭剪波中各谐振频率和频差对应的缺陷位置，具体为：针对所述扭剪波信号进行傅里叶变换，得到频谱图，在所述频谱图中寻找各阶谐振峰，计算所述各谐振峰频率和相邻两谐振峰之间的频差，利用所述扭剪波波速，依据下式计算桩长和缺陷位置。或或其中L——实测桩长；b——实测缺陷位置；Cs——扭剪波波速；fb——缺陷所对应的谐振峰；fL——桩底所对应的谐振峰；ΔfL——整桩所对应的相邻谐振峰频差；Δfb——缺陷所对应的相邻谐振峰频差。总体而言，本专利技术技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术方法通过在待测桩基桩顶的桩身侧面施加切向力产生横向偏心激振从而生成扭剪波，提供了一种行之有效的激振方式，可以较好的激振产生扭剪波信号，克服了现有技术中无法有效激振产生扭剪波的技术问题；(2)本专利技术方法通过对称反向安装在桩身两侧的两个传感器，分别获得该传感器位置处的传感信号；并将所述两个传感器所获得的传感信号叠加得到扭剪波信号；从而提供了一种有效的扭剪波提取方式，可以较好的得到扭剪波的激振信号；(3)本专利技术方法通过桩顶横向偏心激振和对称反向安装的传感器实现扭剪波的激振和提取，通过使得扭剪波信号能够得以应用于实际检测当中，从而发挥出扭剪波信号在实测中对纵波信号的补充作用：根据所述扭剪波信号和纵波信号计算缺陷位置的等效半径和回转半径，并进一步根据所述等效半径和回转半径识别缺陷程度与性状；或者，根据所述扭剪波信号，识别浅部缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，检测管桩纵向裂隙或灌注桩纵向泌水缝缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，利用频域分析，分析扭剪波中各谐振频率和频差对应的缺陷位置。对于扭剪波的利用使得判断更加完整，减少错判或者误判的情况，保证工程质量和人民生命财产安全；(4)本专利技术方法将扭剪波曲线和纵波曲线联合，可以计算缺陷位置的等效半径和回转半径，等效半径相当于把缺陷等效为实心圆外面的环形，而回转半径与缺陷形状密切相关，回转半径可以判断缺陷的偏心程度，从而可以进一步提高对于缺陷性状的认知，进一步扩大了低应变法的应用范畴，使该方法更具明确物理意义。附图说明图1是本专利技术实施例中扭剪法原理示意图；图2是本专利技术实施例中力的叠加示意图；其中(a)为侧击力的示意图，(b)为纯扭力的示意图，(c)为弯曲力的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基桩检测的扭剪波激振采集分析方法，其特征在于，包括：通过在待测基桩桩侧施加切向力产生横向偏心激振，从而生成扭剪波；通过反对称安装在桩身两侧的两只传感器，分别获得所述传感器位置处的振动信号；将所述两只传感器所获得的振动信号叠加得到扭剪波信号；根据所述扭剪波信号和常规纵波法得到的纵波信号计算缺陷位置的等效半径和回转半径，并进一步根据所述等效半径和回转半径识别缺陷程度与性状；或者，根据所述扭剪波信号，识别浅部缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，检测管桩纵向裂隙或灌注桩纵向泌水缝缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，利用频域分析，分析扭剪波中各谐振频率和频差对应的缺陷位置。

【技术特征摘要】
1.一种用于基桩检测的扭剪波激振采集分析方法，其特征在于，包括：通过在待测基桩桩侧施加切向力产生横向偏心激振，从而生成扭剪波；通过反对称安装在桩身两侧的两只传感器，分别获得所述传感器位置处的振动信号；将所述两只传感器所获得的振动信号叠加得到扭剪波信号；根据所述扭剪波信号和常规纵波法得到的纵波信号计算缺陷位置的等效半径和回转半径，并进一步根据所述等效半径和回转半径识别缺陷程度与性状；或者，根据所述扭剪波信号，识别浅部缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，检测管桩纵向裂隙或灌注桩纵向泌水缝缺陷；或者，根据所述扭剪波信号，利用频域分析，分析扭剪波中各谐振频率和频差对应的缺陷位置。2.如权利要求1所述的用于基桩检测扭剪波激振采集分析方法，其特征在于，通过在被测基桩的桩侧施加切向力产生横向偏心激振，具体为：在圆桩桩侧通过膨胀螺栓固定木质、尼龙质、铝质、铁质激振块，使用激振锤沿圆桩侧面切向敲击所述激振块，通过所述激振块向所述圆桩施加切向力产生横向偏心激振；或者，使用激振锤敲击方桩桩顶处的桩身侧面角点，从而施加切向力产生横向偏心激振。3.如权利要求1或2所述的用于基桩检测扭剪波激振采集分析方法，其特征在于，所述振动信号为所述传感器位置处的切向速度，所用传感器为能够横向固定安装且灵敏度为50mV/ms-2的加速度计。4.如权利要求1或2所述的用于基桩检测扭剪波激振采集分析方法，其特征在于，所述将所述两只传感器所获得的振动信号叠加得到扭剪波信号，具体为：VS＝VT1+VT2其中，VS为叠加后得到的扭剪波信号，VT1和VT2分别为所述两只传感器获得的切向速度信号。5.如权利要求1或2所述的用于基桩检测扭剪波激振采集分析方法，其特征在于，根据所述扭剪波信号和纵波信号，计算缺陷位置的等效半径和回转半径，具体为：

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，王淼坤，谢涛，田冬俊，郭宝圆，李孟强，李家钊，朱田，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42