单次冲击能量及P-S曲线测桩法

通过研究打桩公式法和应力波动法 (如CASE法 ) ,提出单次冲击能量及P S曲线测桩法 :用重锤或小型火箭筒一次冲击桩顶 ,用桩顶附近的检波器记录振波图和检测静、动位移 .通过实测冲击能 (总能量 )转换系数、波动和振动各自消耗的能量等各物理量 ,测定计算单桩竖向承载力 .利用振波图计算力 (P)与位移 (S)动态关系曲线 ,确定屈服点 ,并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静P S曲线的相关常数 ,进而确定与承载力相应的沉降量 .而且 ,可由PS曲线的形态判定桩身成型质量 .     

波列振幅P em>-Sem>曲线测桩法

叙述一种新的大应变检测单桩竖向承载力的方法. 用重锤或小型火箭筒冲击桩顶，用检波器记录振波图. 引入应变（变形力）的高次项，从理论上证明当为大位移大应变， 即桩相对于土体产生整体滑动时，位移、速度和加速度则不能经过简单积分加速度和微分速度得到，即它们为非线性关系. 由此导出:通过波列振幅计算力（P）和位移（S）,并作（动态）P-S曲线、确定屈服点，进而阐述确定单桩竖向承载力的方法，并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静P（Q）S曲线的相关常数.      

波列振幅衰减测桩法的研究与应用(Ⅰ)--单桩竖向承载力的测定

通过研究打桩公式法和应力波动法(如CASE法),作者提出：用重锤或小型火箭筒一次冲击桩顶,用桩顶附近的检波器记录振波图和检测静、动位移,通过实测冲击能(总能量)转换系数、波动和振动各自消耗的能量等各物理量,测定计算单桩竖向承载力．利用振波图计算力(P)和位移(S)动态关系曲线、确定屈服点。并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静PS曲线的相关常数,进而确定与承载力相应的沉降量。     

波列振幅衰减测桩法的研究与应用(Ⅱ)——桩身成型质量的检测

通过对波动、振动和尾波的特征分析，提出以足够大的力冲击桩顶，在桩顶附近记录综合波列图，利用其振幅衰减、周期变化和反射波震相等判断桩身成型质量：波列周期均匀且较小，同时波列振幅衰减较快，而又未见明显反射波震相者桩身成型良好；而有缺陷如断裂、缩径等时波列振幅衰减变慢，反射波震相明显，且有大周期出现.它对桩的浅部（特别是桩顶下5米以内的）缺陷检测特别有效.另外利用动态PS曲线也可判断桩身成型质量：曲线较平滑者，桩身成型良好；曲线出现弯折者桩身存在缺陷，缺陷程度可参照承载力受影响大小确定.     

基于静动法的大直径超长桩承载力实测分析

大直径超长桩在海洋工程和桥梁工程中应用广泛,但目前常用的测试方法均有各自的局限性。针对普通静载费时费力,自平衡测试方法研究不够完善等不足,基于马来西亚槟城二桥工程,采用现场实测方法对砂土地层中大直径超长嵌岩桩的静动法测试进行研究。通过对同一根桩上的自平衡法测试结果进行对比,分析静动法测试大直径超长桩承载力的适用性。通过对比发现,静动法测试结果用传统卸荷点法和分段卸荷点法处理得到的等效静承载力比自平衡法大30%左右;且由于土动摩阻和孔隙水压力影响,静动法测得的桩身摩阻力也大于自平衡测试结果,需要进行修正。     

桩基瞬态动测响应的数学模型及基本特性

根据桩在瞬态激振方式下的阻尼波动方程,本文分别给出端承柱与浮承桩的振动初始条件和边界条件,并导出了两类桩瞬态动测响应的数学模型.通过与试验桩实测响应的对比,证明所建立的数学模型是正确的.文中还分析和讨论了桩的瞬态动测响应的五个基本特性,为动力测桩的参数估计提供了较严格的理论依据.     

低应变测桩承载力的理论与应用

本文简述了确定单桩承载力的各种方法及其适用性，着重论述了低应变测桩承载力的理论及影响因素以及用低应变测桩承载力的适用条件。     

基于矩形网格的有限差分走时计算方法

对于大多数速度场，地震波沿射线传播的初至波走时，可以用有限差分外推的方法在二维或三维数值网格上计算出来. 在保证精度的条件下，为提高计算效率和适应性，本文推导了基于任意矩形网格和局部平面波前近似的有限差分初至波走时计算方法. 另外，该方法对首波和散射波做了合适的处理，而且不会碰到传统射线法存在的阴影区和焦散区等问题. 简单模型和复杂的Marmousi模型试算的结果表明，该方法精度较高并适用于强纵、横向变速的复杂介质. 基于该方法的Kirchhoff叠前深度偏移, 在主要构造和目的层位置的成像效果上基本达到了波动方程法叠前深度偏移的位置成像效果. 由于未考虑续至波等有效能量，在成像的保幅性上不如波动方程法叠前深度偏移的效果，但其计算效率则明显高于全格林函数法和波动方程法.      

系梁对桩柱式基础反射波法检测影响的计算及现场试验

根据应力波按半球面波扩展传播的特点,结合系梁(盖梁)、墩柱、桩基之间的几何尺寸关系,建立系梁(盖梁)等结构件对应力波干扰频率的计算方法并得到其分布特征。采用多通道同步采集设备结合同相轴分析方法进行桩柱式基础完整性状况跟踪测试现场试验。结果表明:桩顶自由时得到的扩径、桩底反射等信号特征可以在墩柱、系梁等施工后测试得到的信号中体现;拾振点应尽量竖向串列式排列,这种拾振方式不仅可以根据拾振点起始波峰之间的时差和拾振点间距计算结构物的应力波波速,而且不同拾振点的振动曲线能形成同相轴,便于利用同相轴分析判断桩底、盖梁(系梁)反射和其他反射体的反射。数据分析时,对异常信号应重点分析其拾取时刻,并借助测定的墩柱、系梁或盖梁的应力波波速判断其发生位置。     

钢管桩单桩复合地基加固隧道软土地基试验研究

为了对宝兰客运专线王家沟隧道软弱地基进行加固处理,并了解加固后的桩基受力状态,通过现场试验及数值模拟,研究钢管桩单桩复合地基的荷载沉降特性及钢管桩轴力、桩侧摩阻力以及桩身弯矩的变化规律。研究结果表明:由现场试验所得的P-s(荷载-位移)、s-lgt(位移-时间的对数)以及s-lgp(位移-荷载的对数)曲线没有明显可以确定极限承载力的特征点,根据规范采取控制沉降的方式给出极限承载力特征值为200 kPa,并可以此作为设计依据。根据数值模拟中钢管桩的总沉降量以及荷载沉降"归一化曲线",数值模拟可以作为现场试验的必要补充。数值模拟结果显示:桩身轴力呈"D"状分布,最大值为59.8 kN;在距桩顶2 m桩长范围内有负摩阻力产生,其余部位均为正摩阻力,负摩阻力最大值约为130 kPa,正摩阻力最大值约为50 kPa,且桩身中性点并不唯一;桩身上部有弯矩产生,但数值很小,对钢管桩稳定性的影响可以忽略。     

基于动力BNWF法的冻土-桩相互作用模型研究

基于水平循环荷载作用下不同负温冻土环境中单桩动力特性模型试验结果,在已有分析桩-土-结构相互作用的动力BNWF模型的基础上,提出改进的冻土-桩基动力相互作用非线性反应分析模型。在该模型中,利用改进的双向无拉力多段屈服弹簧考虑桩侧冻土的水平非线性力学特性,同时兼顾桩侧与冻土间的竖向非线性摩擦效应、桩尖土的挤压与分离作用以及远场土体阻尼对桩基动力特性的影响。其中桩侧水平多段屈服弹簧参数根据冻土非线性p-y关系获得,该关系曲线以三次函数曲线段及常值函数段共同模拟,并由室内冻土压缩试验结果确定。最后基于改进的动力BNWF模型,提取动位移荷载作用下该桩顶力-位移滞回曲线及桩身不同埋深处的弯矩动响应数值分析结果,并与相应的模型试验结果对比,二者具有较好的拟合度,表明本文所提出的改进模型在分析冻土-桩动力相互作用时有较好的适用性。     

基于平面应变简化假定的桩扭转振动理论精度研究

利用拉普拉斯变换对考虑桩土耦合扭转振动条件下,桩顶受到任意激振扭矩作用的端承桩桩顶频域及时域响应进行解析求解,推导求得了桩顶位移、速度频域响应,桩顶复阻抗的解析表达式和半正弦脉冲激励作用下的桩顶时域响应半解析解;将本文所得理论解与基于平面应变假定的桩基扭转耦合振动的频域解和时域解进行了全面对比研究,具体比较范围涉及土层对桩的局部复阻抗、桩顶复频响应、速度导纳、桩顶复刚度和桩顶时域响应等方面,并得到若干重要结论。研究成果校核了平面应变假定在桩基扭转振动理论研究中的合理运用,为进一步了解桩土耦合振动的内在机理提供理论支持。     

不同土体中单排弹性桩对水平向剪切波的隔离

采用Green函数法和"契合"思想研究不同土体中界面上单排弹性桩对SH波的隔离问题。首先构造适于本问题的位移Green函数,然后利用"契合"思想并结合界面上的应力和位移连续条件,将问题转化为一组第一类Fredholm积分方程,得到了弹性桩后位移和透射系数的解析表达式,并进行数值求解。最后作为算例,给出了等间距单排8个弹性圆柱桩对SH波的隔离效果图,分析了剪切弹性模量、桩间距等对桩后隔离效果的影响规律。通过分析曲线得出:隔振的最佳区域并不是弹性桩中心线后的近距离范围内,而是位于弹性桩后的一定距离上;当桩间距s/R1时,桩后区域取得最佳隔振效果。     

桥梁桩柱式基础低应变法检测适宜性分析及现场试验

根据圣维南原理分析瞬态激振后,桩柱式基础桩身内应力波特征。认为盖梁顶部激振、基桩顶面和墩柱结合部激振时,应力波在桩身内仍可满足平截面假定。提出桩身内应力波是否为平面波的判别方法,设计并完成2组现场试验。盖梁顶部激振时,应力波同步到达同一桩身横截面侧壁各拾振区,且计算得到的横截面中心处首波波峰与侧壁处首波波峰到达时刻基本一致,满足低应变法中平截面成立的条件。而基桩和墩柱结合部激振试验则表明,在远离系梁的拾振横截面内,应力波才可认为同步到达各拾振区,且计算得到的拾振横截面中心处首波波峰与侧壁处首波波峰到达时刻基本一致。故对于基桩和墩柱结合部激振激振的情形,远离系梁的桩身内平截面假定才可成立。     

微幅振荡试验确定单桩承载力的讨论

微幅振荡试验由于激振能量小,操作简单、灵活,实用经济,适于普查,在实践中得到了广泛的应用。本文在单桩承载力的确定方面拓要地对常用的几种方法进行了讨论,并探索了其理论依据及适用条件,以促进动力检测的正确应用和发展。     

液化土中斜群桩承台动力响应特性及桩身弯矩分布规律研究

为研究动荷载作用下饱和砂土发生液化前后斜群桩的动力响应相关问题,利用土工离心机振动台进行了饱和砂土场地条件下的斜群桩物理模型试验。通过试验分别对土层响应、桩身弯矩以及桩顶承台加速度和位移等进行了详细分析,得到了如下结论:不同荷载作用下土层液化范围的改变导致了土层加速度峰值出现了不同程度的放大或缩小现象;砂土液化前后桩身动弯矩和残余弯矩对整个桩身的影响程度发生了显著变化,尤其在砂土大范围液化后残余弯矩相比动弯矩的影响明显减弱;当输入加速度峰值较小时,桩顶承台水平加速度峰值与振动台台面比较出现了明显的放大现象。而随着输入加速度峰值的增加,在振动后期承台水平加速度峰值出现了缩小的现象,同时在振动结束后承台产生了明显的动态残余位移。本研究取得的相关结论为液化土中斜群桩的相关研究以及工程设计提供参考。     

饱和土中圆柱形衬砌对瞬态弹性波的散射

基于Biot波动理论,运用Laplace变换和波函数展开法,得到瞬态弹性波入射条件下饱和土体及圆柱形衬砌的位移应力表达式.利用饱和土体与衬砌结构的连续条件和衬砌结构内边界上的应力自由条件确定表达式中的未知系数.利用Laplace逆变换的数值方法给出了问题的数值解.研究了衬砌结构的动应力集中系数的波型特性及材料剪切模量和衬砌厚度对动应力集中系数的影响.结论表明随着阶数n的增大波型明显衰减;土体较衬砌结构软时动应力集中系数越大;衬砌结构厚度越大动应力系数越小.     

利用前兆事件对云南地区地震进行中短期预测研究

对某些类型的主震事件, 进行中短期预测也许是可能的. 利用Varnes, Bufe和Varnes提出的破裂时间法模拟前兆地震能量加速释放模型,通过实际观测资料与理论公式的拟合, 可以建立主地震事件的中短期预测技术, 用以确定表示主震的地点、时间和震级大小. 本文使用的是云南区域台网的地震目录资料，覆盖的时间段为1965~2002年. 统计分析表明，在此37年时间内，等于或大于2.5级地震资料是相当完整的. 本文对云南地区的30次主震事件进行了模拟，其中25次主震事件由前兆序列模拟得到的预测时间和震级与实际值相当接近，主震震级预测精度约0.57个震级单位，假定已知前兆序列中最后一次事件，则预测主震发生时间误差约0.64年.对另外的5次主震事件，由于没有足够的前兆事件来充分确定前兆能量加速曲线或是存在对能量加速释放曲线的干扰事件，而不能进行破裂时间法模拟.本文的研究结果还表明，由于云南是破坏性地震和中小地震活跃的地区，因此，主地震与前兆事件最佳搜索半径不存在明显的线性关系.主震矩与系数k，m之间存在强烈的相关性，利用主震地震矩与系数的关系和限制指数m的取值范围，可进一步缩小预测时间和预测震级的最佳拟合区范围，提高了模拟主震事件的预测精度. 本文采用破裂时间法对30次主震事件进行拟合，80％以上获得了较好的结果. 显示出该方法在预测已知主震事件序列的能力方面大有希望，因此，利用前兆事件对未来主震事件进行中短期预测的前景是令人鼓舞的.      

多层垂直对称轴横向各向同性介质精确走时计算

给出了计算多层垂直对称轴横向各向同性（VTI）介质精确射线路径和走时的方法,所用的体波相速度公式、群速度公式和Snell定律都是严格的显式解析公式. 任意基本波的射线路径和走时计算问题都可以转化成一个等效的透射问题,再用文中的公式来计算,具体实现方法用一个多次波和一个首波的实例给出. 最后分别用精确公式和Thomsen近似公式计算了相同模型相同基本波的走时曲线. 比较两者计算结果可发现, 近似公式反复使用会使误差积累,同时揭示了近似公式适用范围的局限性,强调了使用近似公式需要注意其适用范围的重要性.      

固体中非线性纵波一维数值模拟

分别采用四阶精度和六阶精度的中心差分格式，限定扰动（振幅）的取值在10-3m以内，进行了一维固体中非线性纵波传播的数值模拟，并通过两种格式对比性研究来保证差分格式的稳定性和收敛性．讨论了边界所输入正弦波的振幅、频率及介质非线性系数对非线性波的影响．模拟结果与位于生存周期之内近似解析解相符，并证实非线性波在传播过程中会发生波形畸变、产生倍频效应及谐波能量积累，而且这些非线性波动特征随输入振幅、频率和介质非线性系数（绝对值）的增大而增强．