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。     

碎石桩复合地基振动响应试验分析

采用激振法和衰减测试对碎石桩复合地基块体振动响应进行现场试验，分析了该复合地基在不同激振方式下的振动反应规律，提出了碎石桩复合地基抗压、抗弯、抗剪刚度系数线性关系。同时通过试验对比，分析了自由振动与强迫振动两种测试方法对于碎石桩复合地基测试结果的适宜性，这对复合地基的理论研究及动力基础的天然地基的设计、试验和研究都具有实际意义。     

在役桥梁桩基础低应变反射波法检测试验研究

低应变反射波法检测桩身完整性通常是在桩顶自由的情况下进行的,通过改进其检测方法,研究低应变反射波法检测在役桥梁桩基础完整性的可靠性。文中选取桥梁下部结构常用的单排双柱式墩、桩基础进行现场试验,采用不同激振方式和信号接收位置对在役桥梁桩基的低应变反射波法进行试验研究,且与桩顶自由时桩基完整性检测结果进行对比。根据试验结果及相关分析,各试验方案的实测曲线形态与理论分析具有较好的一致性,在现场试验中具有较好的效果,为在役桥梁桩基完整性检测提供了一种手段。     

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.     

比例阻尼矩阵构建方法对高重力坝地震反应的影响

通过二维数值计算,讨论合理建立阻尼矩阵对高重力坝时域内进行地震反应计算的重要性。首先,以4个不同坝高的混凝土重力坝为计算对象,将三种地震波作为水平输入,解得6种不同的阻尼矩阵形式下坝体的地震反应。然后以频域内解为标准,研究各种阻尼矩阵的合理性。研究结果表明：坝高超过250 m高的重力坝在时域内进行的地震反应计算是长周期系统的动力分析问题,应重视阻尼矩阵的建模方式,不宜采用单频率参数的质量比例阻尼矩阵和刚度比例阻尼矩阵,应采用双频率参数的Rayleigh阻尼矩阵,在确定2个频率参数时除采用坝体基频外还应考虑激振地震波的频谱特性以获得合理的坝体地震反应计算结果。     

侧向激振下桩身完整性试验新方法探讨

桩身完整性测试对土木工程具有重要的意义.对混凝土桩采用侧向激振,分析其反射波形特征,提出了一种桩基完整性检测的新方法.文中首先用钢筋混凝土梁试件作为模型桩进行室内模拟试验,再在工程实例中将这种桩基完整性检测新方法结合传统弹性反射波法结果来进行比较分析,验证了侧向激振新方法的有效性,从而为基桩质量检测提供了一种新的可靠手段.     

BKD-2型反馈式宽频带地震计传递函数分析

介绍了BKD－2型地震计的工作原理，并根据其物理原理和电路特性推导了它的传递函数，计算了幅频和相频特性，该地震计分别进行了振测试和电流标定测试，实测结果与理论计算结果进行了对比，在所测频带内数值吻合较好。     

兰州地区剪切波速实测误差分析与评价

为了给兰州乃至西北地区的地震安全性评价和重大工程抗震设计提供参考,在兰州地区选取4个不同类别场地,完成由10家单位参加、使用不同仪器剪切波速现场测试误差专项实验,研究该地区剪切波速实测误差分布规律,讨论测试误差对地表加速度反应谱影响的统计特征,并给出该地区剪切波速测试误差评价。结果表明:兰州地区各单位剪切波速测试误差具有明显规律性,测试误差绝大部分符合标准正态分布,且误差大小不随深度和场地类别而改变;兰州地区波速测试水平优于全国平均水平,Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地的剪切波速测试精度较高,偏差较小,其平均标准差可以定为10%;就兰州地区而言,其1倍波速测试标准差引起PGA最大偏差为25%,2倍标准差为50%;给定波速测试误差下反应谱变化程度与输入波形相关,输入波频率成分与场地频率成分接近的地震输入下,误差影响较大,反之则影响较小。     

响洪甸拱坝模态识别

本文阐明了利用脉冲瞬态激振对一个大型混凝土坝的模态参数进行的识别。输入脉冲是由自制小火箭形成的。脉冲宽度约为5—6毫秒,最大荷重为3868公斤,在50赫兹以内可以等谱输入。 在信号处理中,为了解决采样率与脉冲宽度的矛盾,一方面在HP3582机上进行细化分析,另一方面利用土木建筑的超低频性质,将输入脉冲及输出响应通过很低频率的低通滤波器,这时传递函数不变,而输入信号在时域上延长了,有利于加长采样时间,提高分辨率。 在识别中采用了实模态识别法,识别出前13个模态参数,并与稳态激振、环境振动及有限元计算进行了比较,结果是比较符合的。 本文还就瞬态激振对大型水工建筑物原型试验的应用进行了讨论。     

短时单频脉冲震源的海洋浅地层剖面资料频移处理

采用短时单频脉冲震源的浅地层剖面,记录的波形数据空间假频较严重。因其信号具有频率高、频带窄的特征,通常利用Hiibert变换提取瞬时振幅属性（信号包络）供解释使用。但瞬时振幅均为正值,在进行构造解释时不方便使用。本文提出在对浅层剖面资料提取瞬时振幅的基础上,计算瞬时振幅的微分并配合滤波的方法,实现高频窄带浅地层剖面资料的一种频移处理。该方法把高频窄带的多周期信号变为低频带宽的单周期信号,有效扩展了倍频程并消除假频。应用在南海浅地层剖面资料处理中,资料处理后更利于构造解释。     

Time-domain solution for transient dynamic response of a large-diameter thin-walled pipe pile

The propagation of stress waves in a large-diameter pipe pile for low strain dynamic testing cannot be explained properly by traditional 1D wave theories. A new computational model is established to obtain a wave equation that can describe the dynamic response of a large-diameter thin-walled pipe pile to a transient point load during a low strain integrity test. An analytical solution in the time domain is deduced using the separation of variables and variation of constant methods. The validity of this new solution is verifi ed by an existing analytical solution under free boundary conditions. The results of this time domain solution are also compared with the results of a frequency domain solution and fi eld test data. The comparisons indicate that the new solution agrees well with the results of previous solutions. Parametric studies using the new solution with reference to a case study are also carried out. The results show that the mode number affects the accuracy of the dynamic response. A mode number greater than 10 is required to enable the calculated dynamic responses to be independent of the mode number. The dynamic response is also greatly affected by soil properties. The larger the side resistance, the smaller the displacement response and the smaller the refl ected velocity wave crest. The displacement increases as the stress waves propagate along the pile when the pile shaft is free. The incident waves of displacement and velocity responses of the pile are not the same among different points in the circumferential direction on the pile top. However, the arrival time and peak value of the pile tip refl ected waves are almost the same among different points on the pile top.     

天然源面波勘探台阵对比试验

为了对比天然源面波勘探不同台阵布局的探测效果, 筛选出探测成果可靠、 效率高和便于野外施工的天然源面波勘探台阵阵形, 在天水市黄土覆盖区的同一场地分别用4种常见的阵形进行数据采集试验, 并对各种阵形数据使用空间自相关法或扩展空间自相关法提取相应的频散曲线, 通过反演得到了试验点地下的浅层速度结构模型. 分析对比试验结果表明: 4种台阵提取的频散曲线数值很相近; 频散谱能量集中度较高的是嵌套式等边三角形和圆形台阵, L形和直线形台阵相对分散; L形台阵低频段(4—8 Hz)比直线形台阵差, 其高频段(8—40 Hz)比直线形台阵好. 针对直线形台阵在高频段信噪比较低的情况, 在确保探测成果可靠性的前提下, 为了提高探测效率, 提出了在同一直线形台阵开展天然源与人工源面波联合勘探的数据采集方法. 实验结果证实, 这种联合勘探方法不仅可弥补直线形台阵高频段的不足, 确保探测精度和结果的可靠性, 而且还能实现“高低”频兼顾, 即“深浅”兼顾.      

水平排桩对土体振动抑制作用影响的试验研究

为研究水平放置排桩对土体振动幅值的抑制作用,采用控制变量法进行模型试验,将试验获得的时域信号通过傅里叶变换转换为频域信号,得到频域条件下土体振幅,并绘制土体振幅等值线图,对等值线图不同区域土体振幅进行分析,重点分析振幅显著位置处数值变化。研究结果表明,排桩布置区域上方土体振幅大于排桩布置区域外的土体振幅,沿桩长方向土体振幅大于垂直于桩方向土体振幅;在排桩布置区域上方,排桩对高频波引起的土体振动抑制作用较差,对低频波引起的土体振动抑制作用较明显;排桩埋深越小,对土体振动的抑制作用越明显;排桩布置区域填充率越大,对土体振动的抑制作用越明显;排桩桩径越大,对土体振动的抑制作用越明显。     

Body-wave dispersion: Measurement and interpretation

Generalizing previous studies on short-period data, it is shown that body-wave dispersion can be measured from broad-band records of earthquakes of moderate magnitude. The method is based on the direct measurement of the arrival time of the frequency components of a seismic wave, and the arrival time is defined by its expectation value. The frequency components of the signal are obtained through a narrow band-pass filtering process. Previous to any interpretation, a correction of the arrival time for instrument response and group delay of the filter is needed. In the first step, body-wave dispersion is related to an absorption band to account for intrinsic attenuation, and thereafter we generalize this interpretation by considering a cascade of filters to account for medium parameters (attenuation and a layered crust) and source parameters (source time function and finiteness of fault). An inversion scheme to obtain the filter parameters can be devised by following, in a formal way, the same procedure as for the case of surface wave dispersion.     

最小二乘地震波4D球面扩散与吸收补偿方法及其应用研究

基于地震波传播过程中能量衰减的物理机制理论分析,通过梳理已有研究成果,采用正弦函数分频、最小二乘法高阶e指数曲线拟合等技术研发了可实现时间、频率、炮检距和炮域内地震波4D球面扩散与大地吸收衰减补偿方法,解决了常规振幅补偿无法补偿振幅随频率衰减和剩余补偿的问题。实际地震资料处理结果表明,相较于常规振幅补偿方法,该方法可更准确地对球面扩散和大地吸收造成的地震波衰减进行自适应拟合与补偿,较好的恢复中、高频信号成分,提高主频,拓宽频带,有效提高成像分辨率,并较好地保持了振幅的相对关系。     

均匀黏弹性地基中现浇X形桩低应变动测响应数值模拟

建立现浇X形桩(XCC桩)桩-土体系三维有限元模型,对XCC桩低应变检测动力响应进行数值模拟,得到完整桩和缺陷桩的桩顶速度响应结果,并分析完整桩及缺陷XCC桩桩顶速度响应特性及规律。计算结果表明:XCC桩低应变瞬态动测时桩顶速度响应存在明显的三维效应,桩心(激振点)附近点的入射波峰值较大,且到达时间较早;距离桩心越远点的入射波峰到达时间越滞后,入射波峰值从桩心到尖角边界先减小后增大。桩顶距桩心距离相同的环向上各点的入射波和反射波区别不大,而各点所受的高频干扰情况并不相同。变模量桩的入射波和完整桩相同,反射波峰值较完整桩小,反射波峰对应时间较完整桩滞后。局部缺陷桩桩顶距桩心距离相同环向各点的第一个缺陷反射波有微小差别,而第二个缺陷反射波有较大差别。     

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。     

有限元离散模型中的出平面运动形式

波动在有限元离散模型中传播时,会出现许多不同于连续介质中波动的现象.本文引用经典物理学中晶格动力学的分析方法,由有限元离散形式的出平面波动方程得到频散关系,在此基础上,讨论了集中质量有限元模型中各种可能的出平面运动形式,并分析了考虑时域离散化影响下各种形式可能存在的频率范围.     

孔隙地层轻质水泥套管井中偶极弯曲波的激发与传播特性

针对软地层套管井中弯曲波频散移向高频,以致超出了现行偶极声波测井仪器的激发频带的问题,本文在井外为孔隙地层时,采用Biot模型对套管井多极源激发的声波场进行了理论推导,对套管井偶极弯曲波的频散特性进行了数值模拟,考察了高密度水泥(或快速水泥)和低密度水泥(或轻质水泥)情况下的弯曲波频散,分析了不同水泥环对弯曲波主频散区和激发谱偏移的影响,重点对轻质水泥套管井中偶极源激发的模式波频散与激发谱及临界折射P、S波激发特性进行了研究,并考察了渗透率、孔隙度对弯曲波频散及衰减的影响,利用实轴积分法计算了偶极声源激发的时域全波波形.分析对比结果表明,在快速水泥情况下弯曲波频散曲线随着地层特征横波速度的减小会迅速向高频移动,随着快速水泥向轻质水泥变化,弯曲波频散曲线向高频移动将会减缓,对于特征横波速度低于1400m·s~(-1)的软地层,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可以由原来13kHz向低频移动至4kHz;在轻质水泥套管井中,无论是硬地层还是软地层,在目前偶极声波测井仪器声源主频激发下,接收波形中弯曲波均占主导地位.     

含流体孔隙介质中面波的传播特性及应用

基于单相介质中地震波理论的高频面波法已广泛应用于求取浅地表S波的速度.然而水文地质条件表明,普遍的浅地表地球介质富含孔隙.孔隙中充填的流体会显著地影响面波在浅地表的传播,进而造成频散和衰减的变化.本文研究了地震勘探频段内针对含流体孔隙介质边界条件的面波的传播特性.孔隙流体在自由表面存在完全疏通、完全闭合以及部分疏通的情况.孔隙单一流体饱和时,任何流体边界条件下存在R1模式波,与弹性介质中的Rayleigh波类似,相速度稍小于S波并在地震记录中显示强振幅.由于介质的内在衰减,R1在均匀半空间中也存在频散,相速度和衰减在不同流体边界下存在差异.Biot固流耦合系数(孔隙流体黏滞度与骨架渗透率之比)控制频散的特征频率,高耦合系数会在地震勘探频带内明显消除这种差异.介质的迂曲度等其他物性参数对不同流体边界下的R1波的影响也有不同的敏感度.完全闭合和部分疏通流体边界下存在R2模式波,相速度略低于慢P波.在多数条件下,如慢P波在时频响应中难以观察到.但是在耦合系数较低时会显现,一定条件下甚至会以非物理波形式接收R1波的辐射,显示强振幅.浅表风化层低速带存在,震源激发时的运动会显著影响面波的传播.对于接收点径向运动会造成面波的Doppler频移,横向运动会造成面波的时频畸变.孔隙存在多相流体时,中观尺度下不均匀斑块饱和能很好地解释体波在地震频带内的衰减.快P波受到斑块饱和显著影响,R1波与快P波有更明显关联,与完全饱和模型中不同,也更易于等效模型建立.频散特征频率受孔隙空间不同流体成分比例变化的控制,为面波方法探测浅地表流体分布与迁移提供可能性.通常情况孔隙介质频散特征频率较高,标准线性黏弹性固体可以在相对低频的地震勘探频带内等效表征孔隙介质中R1波的传播特征,特别在时域,可在面波成像反演建模中应用.