论文题目: 反射波法桩基动测技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 邢心魁
导师: 吴敏哲
关键词: 桩基,动力测试,波动,振动,小波分析,数值分析
文献来源: 西安建筑科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 反射波法是目前最常用的桩基完整性检测法,其理论基础为一维波动理论,资料分析方法主要靠时域内直观分辨,定性评价,很多情况下其精度和可靠性不能满足工程需要。为改进目前反射波法桩基动测技术存在的问题,本文对实际桩～土体系条件下波传播规律及测试信号分析技术两个方面进行了较系统研究。 1、对模型桩进行了反射波法动力测试,并对试验场地土进行了动力试验。获得试验场地土动力特性指标和桩周有土、无土两种情况下模型桩的反射波特性曲线,并进行了系统分析。 2、采用有限元瞬态动力计算,探讨了桩～土体系条件下桩中波传播速度与幅值衰减规律与桩周土性的关系。 3、将小波分析理论引进反射波法桩基动测领域,阐述其基本理论并研究了小波分析在测试信号除噪、土阻力波分离及浅部缺陷桩分析等方面的初步应用。 在上述工作基础上得到以下主要成果: (1)受桩身几何效应影响,桩中脉冲波传播速度不再为恒值,随着传播距离增加出现大于、等于和小于波在一维杆中的传播速度三个阶段; (2)桩周土模量增大使波速增高,阻尼系数增大使波速减小;实际波速取决于二者共同作用的结果,往往使波速降低。 (3)桩中波传播速度与桩周土状态有关,使得上、下行波速度不同,上行拉力波速小于下行波速,而上行压力波速大于下行波速。 (4)下行压缩波与上行波衰减规律不同,其中上行拉力波比下行波衰减快;上行压缩波比下行波衰减慢。下行波的衰减规律符合指数衰减,但上升波的衰减并不符合这一规律。目前工程实践中统一按指数规律放大的方法来减小土阻力作用具有一定的局限性。 (5)采用小波分析技术对信号除噪、浅部缺陷桩动测信号分析及土阻力波分离等几种典型情况的信号分析方法进行了研究,实现了复杂情况下的动测信号的简化分析; (6)桩～土体系条件下实测反射波动测曲线的小波分析结果表明,不同频段的波速变化不大,但其波幅吸收系数近似与频率呈正比。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 前言
1.2 常见桩基质量缺陷
1.2.1 人工挖孔桩
1.2.2 混凝土预制桩
1.2.3 沉管灌注桩
1.2.4 钻(冲)孔灌注桩
1.3 桩基动测技术的发展历程
1.4 目前反射波法桩基动测技术存在的问题
1.4.1 一般性问题
1.4.2 具体问题
1.5 本文进行的主要研究工作
1.5.1 桩身几何条件对桩中波传播特性影响研究
1.5.2 土对桩中波传播特性的影响研究
1.5.3 小波分析在桩基动测中的应用
第2章 模型桩试验
2.1 概况
2.1.1 实验目的
2.1.2 实验场地土层条件
2.2 模型桩制作
2.2.1 模型桩几何尺寸选取
2.2.2 模型桩制作
2.2.3 试块试验
2.3 模型桩实验
2.3.1 反射波法桩基动测
2.3.2 动测曲线初步分析
2.4 桩周土实验
2.4.1 共振柱试验
2.4.2 波速测试─下孔法
2.4.3 土动力试验结果的综合分析
2.4.4 直剪试验
2.5 本章小结
第3章 桩中波的传播速度
3.1 概述
3.2 不同介质中波的传播速度
3.2.1 三维介质中的波速
3.2.2 无限长圆柱体中的波
3.2.3 一维杆中的波
3.2.4 相速与群速
3.2.5 桩中波速的测试
3.3 桩身几何效应对波速影响
3.3.1 桩截面横向惯性效应对波速的影响
3.3.2 几何效应对波速影响的数值计算分析
3.4 桩周土对桩中应力波传播速度的影响
3.4.1 桩周土对谐波传播特性影响的解析算法
3.4.2 模型桩有限元计算
3.4.3 土对桩中脉冲波传速度影响的进一步分析
3.4.4 桩周土对不同宽度脉冲信号的影响
3.4.5 波速与传播距离的关系
3.5 本章小结
第4章 桩中波幅值衰减规律研究
4.1 弹性波在杆性质突变处的反射和透射
4.2 模型桩试验结果分析
4.2.1 裸桩条件下反射波动测结果
4.2.2 有土条件下反射波动测曲线分析
4.3 振源信号特性研究
4.3.1 振源信号的频谱特性
4.3.2 入射信号的演化
4.3.3 点源激振与面源激振
4.4 桩材料阻尼效应对桩中波幅值的影响
4.4.1 Voigt体
4.4.2 Maxwell体
4.5 桩周土对桩中应力波幅值的衰减作用
4.5.1 桩周土对谐波的吸收作用
4.5.2 土对桩中脉冲波幅值的影响
4.5.3 桩周土对不同脉冲长度信号的衰减作用
4.5.4 衰减系数与桩周土状态之间关系
4.6 本章小结
第5章 小波分析及其在桩基动测中的应用
5.1 小波分析与Fourier分析
5.1.1 积分小波变换
5.1.2 连续小波变换的离散化及小波级数
5.1.3 小波的分类
5.1.4 多分辨分析
5.2 小波基函数的选取
5.2.1 基数样条空间
5.2.2 B样条及其基本性质
5.2.3 L~2(R)的直和分解
5.2.4 小波和它们的对偶
5.3 小波分析在桩基完整性检测中的应用研究
5.3.1 应用的物理前提
5.3.2 基数样条函数的计算
5.3.3 基数样条函数为尺度函数的两尺度关系序列
5.3.4 基数样条小波两尺度关系序列计算
5.3.5 四阶基数样条函数对偶尺度函数两尺度关系序列的数值计算
5.3.6 四阶基数样条对偶小波两尺度关系序列的数值计算
5.3.7 小波分析用于桩基动测信号的除噪
5.3.8 土阻力信号的分辨
5.3.9 浅部严重缺陷桩的测试信号分析
5.3.10 桩身材料阻尼对波传播特性影响的小波分析
5.3.11 桩周土引起波的频散规律及其小波分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 本文的主要结论
6.2 尚待进一步研究的问题
致谢
参考文献
攻读博士学位期间所发表(完成)的论文
发布时间: 2006-07-20
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