一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,在桩顶距桩中心2/3R(R为桩截面半径)处布置加速度传感器,在桩侧距桩顶h(h≥2D,D＝2R为桩直径)处布置另一加速度传感器,敲击桩顶,由传感器获取桩顶及桩侧测试点的质点速度响应测试曲线；由桩侧实测质点速度响应测试曲线及桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法得到桩顶质点速度响应计算曲线；由桩顶质点速度响应测试曲线和所述桩顶质点速度响应计算曲线构建目标函数,当目标函数值小于设定误差时得到桩体波阻抗剖面。本发明专利技术可避免传统波形拟合分析方法一维波动理论近似条件不足问题,提高分析精度。高分析精度。高分析精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法


[0001]本专利技术涉及基桩结构完整性测试及分析领域,具体涉及基桩波阻抗变化程度及范围分析,适用于城市建筑、桥梁、码头等含有基桩的基础工程。

技术介绍

[0002]城市建筑、桥梁、码头等工程基础一般要采用基桩,其中钻孔灌注桩是常见的一种。基桩往往会出现骨料与混凝土分离、夹泥、缩径、裂隙、断裂等缺损，这些缺损导致桩截面波阻抗发生变化。基桩属于掩蔽工程,目前对基桩质量检测有钻孔取芯、声波测试及敲击—回波法。相对于钻孔取芯、声波测试这些破损测试方法,敲击回波法是一种无损测试方法,该方法在桩顶敲击,激发的应力波会沿桩体向下传播,当桩体波阻抗发生相对变化,波会在波阻抗变化交界面处发生反射,在桩顶用传感器接收反射波质点速度响应,得到质点速度响应测试曲线,通过对反射波质点速度响应曲线相位及峰值分析,确定基桩缺损位置及程度,这种方法具有测试快捷、分析简单特点。然而,这种分析方法易受以下因素影响:(1)桩周土分层结构变化与桩体波阻抗变化产生反射波质点速度响应变化特征具有很高的相关性,这样,难以区分反射波质点速度响应异常是桩周土层结构变化引起还是由桩体波阻抗变化产生的；(2)在桩土相互作用下,应力波在桩体上下传播过程会衰减,桩顶反射波质点速度响应测试曲线峰值没有考虑到应力波的衰减,会低估缺损程度；(3)桩体波阻抗复杂变化产生反射波相互叠加,这种叠加或相互加强或相互削弱,导致首个反射波相位及峰值发生变化。
[0003]为了克服根据桩顶质点速度响应测试曲线反射波相位及峰值分析不足,基于一维波动理论,由冲击力脉冲及桩土相互作用模型,通过桩顶质点速度响应计算曲线与测试曲线拟合分析得到桩体波阻抗相对变化程度及范围。目前拟合分析方法常采用力锤测量冲击力脉冲或以首波质点速度响应与桩顶波阻抗乘积的等效力脉冲作为力边界条件,然而,受敲击源影响,桩顶及以下附近波场是三维的,不符合一维波动分析条件,以力锤测量冲击力脉冲或以首波质点速度响应与桩顶波阻抗乘积的等效力不能代表距桩顶较远处下行应力波截面作用力,这样,以实测冲击力脉冲或等效力脉冲为力边界条件得到的质点速度响应计算曲线没有考虑到波场的三维效应,影响计算与实测曲线拟合分析得到结果精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,避免桩顶三维波场影响,以距桩顶较远的桩侧测点质点速度响应测试曲线为速度边界条件,得到桩顶质点速度响应计算曲线,通过桩顶质点速度响应计算曲线与测试曲线拟合分析,得到桩体波阻抗相对变化程度及范围,由于桩侧测点质点速度响应近似满足一维波动分析条件,本专利技术可提高分析精度。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:
[0006]一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,包括以下步骤:
[0007]S1:获取基桩的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点速度响应测试曲线并分别进行预处理；
[0008]S2:计算应力波在所述桩侧测试点到桩底传播的平均速度
[0009]S3:将所述桩顶与所述桩侧测试点之间的基桩划分n个等长桩单元,单元长度ΔL为:
[0010]ΔL＝h/n
[0011]整桩单元数量:M＝int(L/ΔL)
[0012]其中,L为基桩长度,符号int()表示对计算值取整,单元内波阻抗均匀,计算每个桩单元的桩土相互作用阻尼壶参数,计算过程如下:
[0013]根据场地地勘报告,确定桩周土层土性,按照GB50111-2006铁路工程抗震设计规范中不同类型土性建议的剪切波波速取值范围或该地区不同类型土性建议的剪切波波速取值范围上下限,取其平均值,根据所述平均值计算每个桩单元周围桩土相互作用阻尼壶系数,第i个桩单元阻尼壶系数为:
[0014]J
s,i
＝l
i
ρ
s,i
c
s,i
[0015]其中,l
i
为第i(i＝1,2,
…
,M)个桩单元侧周长,对圆截面桩l
i
＝2πR
i
,R
i
为所述桩单元截面的半径,对非圆截面,由第i单元截面积A
i
计算等效半径桩侧周长用等效周长代替,ρ
s,i
表示该单元所在土层的密度,c
s,i
表示该单元所在土层剪切波波速度,这里使用所述平均值；
[0016]由线性阻尼壶阻力与质点速度间关系,第i桩单元侧阻力为:
[0017][0018]其中为该桩单元平均质点速度,由该单元上、下截面质点速度计算；
[0019]桩底阻尼壶系数为J
t
＝β
t
Z
t
,其中,Z
t
＝(ρcA)
t
为桩底截面波阻抗,β
t
为桩底待定系数；
[0020]S4:根据所述平均速度计算波在桩单元一个来回传播时间Δτ,以Δτ时间间隔对预处理后的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线进行重采样,得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,分别记为V
1m
(t)和V
2m
(t)；
[0021]S5:预设各桩单元截面积,桩混凝土密度取为2450kg/m3,由预设桩单元截面积、混凝土密度及平均波速计算所述桩单元预设波阻抗,所述桩单元第一个交界面波阻抗就是所述桩单元波阻抗根据所述桩单元预设波阻抗、重采样桩侧质点速度响应曲线V
2m
(t)及所述桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法获得桩顶质点速度响应计算曲线,记为V
1c
(t)；
[0022]S6:根据重采样桩顶质点速度响应曲线V
1m
(t)和所述桩顶质点速度响应计算曲线V
1c
(t)构建目标函数；
[0023]S7:调整桩单元预设波阻抗及桩底待定系数β
t
,当所述目标函数的值小于设定误
差时,终止计算,得到波阻抗剖面。
[0024]本专利技术的有益效果是,引入桩土相互作用阻尼壶参数,可避免土层结构变化产生的上行波与桩体波阻抗变化产生的桩体反射波混淆,同时可以考虑波在传播过程因桩土相互作用的衰减；获取桩侧测试点的测试质点速度响应曲线,由桩侧实测质点速度响应曲线计算桩顶质点速度响应曲线,这样,可避免桩顶三维波场影响。根据所述重采样桩顶质点速度响应曲线和所述桩顶质点速度响应计算曲线构建目标函数,当目标函数值小于一定误差时得到波阻抗剖面,本专利技术避免了由桩顶实测冲击力脉冲或等效力脉冲得到桩顶质点速度响应计算曲线对桩顶质点速度响应测试曲线拟合分析中一维波动理论近似条件不满足的问题,提高分析精度。
[0025]进一步,所述S1具体为:
[0026]S101:在桩顶距桩中心2/3R位置处布置加速度传感器,这里R为圆截面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:获取基桩的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点速度响应测试曲线并分别进行预处理；S2:计算应力波在所述桩侧测试点到桩底传播的平均速度S3:将所述桩顶与所述桩侧测试点之间的基桩划分n个等长桩单元,单元长度ΔL为:ΔL＝h/n整桩单元数量:M＝int(L/ΔL)其中,L为基桩长度,符号int()表示对计算值取整,单元内波阻抗均匀,计算每个桩单元的桩土相互作用阻尼壶参数,计算过程如下:根据场地地勘报告,确定桩周土层土性,按照GB50111-2006铁路工程抗震设计规范中不同类型土性建议的剪切波波速取值范围或该地区不同类型土性建议的剪切波波速取值范围上下限,取其平均值,根据所述平均值计算每个桩单元周围桩土相互作用阻尼壶系数,第i个桩单元阻尼壶系数为:J
s,i
＝l
i
ρ
s,i
c
s,i
其中,l
i
为第i(i＝1,2,
…
,M)个桩单元侧周长,对圆截面桩l
i
＝2πR
i
,R
i
为所述桩单元截面的半径,对非圆截面,由第i单元截面积A
i
计算等效半径计算等效半径桩侧周长用等效周长代替,ρ
s,i
表示该单元所在土层的密度,c
s,i
表示该单元所在土层剪切波波速度,这里使用所述平均值；由线性阻尼壶阻力与质点速度间关系,第i桩单元侧阻力为:其中为该桩单元平均质点速度,由该单元上、下截面质点速度计算；桩底阻尼壶系数为J
t
＝β
t
Z
t
,其中,Z
t
＝(ρcA)
t
为桩底截面波阻抗,β
t
为桩底待定系数；S4:根据所述平均速度计算波在桩单元一个来回传播时间Δτ,以Δτ时间间隔对预处理后的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线进行重采样,得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,分别记为V
1m
(t)和V
2m
(t)；S5:预设各桩单元截面积,桩混凝土密度取为2450kg/m3,由预设桩单元截面积、混凝土密度及平均波速计算所述桩单元预设波阻抗,所述桩单元第一个交界面波阻抗就是所述桩单元波阻抗,根据所述桩单元预设波阻抗、重采样桩侧质点速度响应曲线V
2m
(t)及所述桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法获得桩顶质点速度响应计算曲线,记为V
1c
(t)；S6:根据重采样桩顶质点速度响应曲线V
1m
(t)和所述桩顶质点速度响应计算曲线V
1c
(t)构建目标函数；S7:调整桩单元预设波阻抗及桩底待定系数β
t
,当所述目标函数的值小于设定误差时,终止计算,得到波阻抗剖面。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S1具体为:S101:在桩顶距桩中心2/3R位置处布置加速度传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴华友，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：