PCC桩低应变检测中的三维效应

分析了低应变检测对PCC大直径薄壁混凝土管桩的适用性。对低应变中受瞬间冲击荷载作用的完整和缺陷PCC桩的动力响应进行了一维及三维有限元模拟,详细研究了PCC桩低应变检测中的三维效应。研究结果表明：除了一维应力波理论中的纵向振动外,PCC桩顶所测的动力响应中还包含弯曲振动以及波在桩顶表面传播和内外边界上的反射的影响。在研究结果的基础上,对PCC桩低应变检测试验中激振点和测点的最佳位置和如何合理分析试验结果给出了建议。     

横观各向同性地基中管桩扭转振动响应解析解

考虑地基沉积过程中产生的竖向和水平向力学性质的差异,对横观各向同性地基中管桩扭转振动频域响应进行了理论研究。基于横观各向同性材料的本构关系以及桩-土耦合扭转振动,建立了桩土系统定解问题,通过Laplace变换和分离变量法求得了桩周土和桩芯土扭转振动位移形式解。通过桩-土接触面的连续条件,求得了管桩扭转频域响应解析解,并得到了桩顶复动刚度和速度导纳的表达式。将所得解退化到横观各向同性地基中实心桩解以及均匀地基中管桩解,并与已有文献进行了对比,验证了解的合理性。通过数值算例,分析了桩周土和桩芯土的横观各向同性力学参数对桩顶扭转复刚度及速度导纳的影响。     

PCC桩低应变反射波法检测时速度波形成机制探讨

现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）低应变检测时,桩头附近存在着明显的三维效应,表现在与激振点夹角不同的测点的速度响应存在着明显的差别。基于所建立的解析公式,研究了桩顶各振动模式的动力响应特征,分析了桩顶总体速度响应沿环向和径向的变化规律。研究结果表明：90º点的总体速度响应主要来源于轴对称模式,45º点、135º点和180º点的桩底反射峰大小和到达时间与轴对称模式接近,但入射波峰大小和到达时间与轴对称模式差别较大;桩顶速度响应主要来源于径向第1阶的模式,第2阶以上的模式贡献较小;各点速度响应主要是前几阶模式的叠加结果,环向第10阶以上的振动模式对总体速度响应的贡献较小;各模式对入射波峰的形成都有较大贡献,但反射波峰主要来自轴对称模式的贡献;高频干扰峰主要来自第1阶非轴对称模式,各点干扰波峰值、相位不一,90º点干扰波峰值最小,0º～90º点与90º～180º点相位相反;环向各点的速度响应差别较大,但沿径向的变化却不很明显。     

低应变下变阻抗薄壁管桩动力响应频域解析解

管桩低应变完整性检测时,桩顶一点受到瞬态集中荷载的作用,其动力响应问题是一个三维波动问题。基于三维波动理论,建立了任意段变阻抗薄壁管桩动力响应的计算模型和波动方程,结合初边值条件,采用Laplace变换法求得了该波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将计算结果与三维有限元结果进行了对比分析,解析解的计算结果和三维有限元结果较为接近,两者在入射波峰、缺陷反射峰和桩底反射峰处都较为吻合,两种方法位移响应曲线基本相同。给出了桩顶不同点的动力响应,并探讨了高频干扰问题。对变截面桩和变模量桩的动力响应特性进行了分析。     

现浇薄壁管桩低应变动力检测适应性探讨

现浇薄壁管桩是一种大直径的管桩,在低应变检测时必然存在平截面假定不满足以及桩头三维效应的问题。无桩帽管桩低应变检测时由于激发了非轴对称的弯曲模态,并不是达到一定的深度平截面假定就会满足,各截面不同的点会受到不同程度的高频干扰,桩顶90°点受到了较小的高频干扰,低应变检测时激振点与传感器夹角为90°时更容易得到清晰的反射波信号。解析解和有限元解的结果均表明,带帽桩在桩帽的动力响应信号能看到明显的桩底反射和缺陷反射时距离桩心不同点上所感受的高频干扰的频率一样,速度振幅不同,距桩心0.50 （ 为桩半径）的点受到最小的干扰。     

低应变动测桩及锚杆中波的传播规律差异研究

应力波法是检测桩基与锚杆质量的一种快速、有效的无损检测方法,运用该法对桩基与锚杆进行质量检测时均基于一维杆件的波动理论,波速是进行二者质量判断的最基本参数,部分研究和工程技术人员易将两种应力波速混淆,可能会造成实际检测中的误判。为此,以自由锚杆和不同龄期下标准混凝土试块中的应力波速为参考,采用低应变反射波法对桩基和锚杆中的应力波速进行了对比研究。研究表明,桩基中的应力波速与锚杆中的应力波速存在较大的差别,前者略大于标准规格混凝土试件中的波速,而后者小于自由锚杆中的应力波速大于桩基和标准混凝土试块中的波速;桩基和混凝土试块中的应力波速与龄期和强度近似服从上升指数关系,而锚杆中的应力波速与龄期和强度近似服从下降的指数关系。     

Study on low‐strain integrity testing of pipe‐pile using the elastodynamic finite integration technique

This study focuses on the three‐dimensional (3‐D) characteristics of wave propagation in pipe‐pile using elastodynamic finite integration technique. First, a real 3‐D pile‐soil model in cylindrical coordinate system is presented. Then, the governing equations are established. With the boundary and initial conditions, the numerical solution is obtained. The accuracy and feasibility of the self‐written code are further verified via comparing with the measured data. Velocity histories at different angles of pile top and pile tip are illustrated, and the snapshots reflecting the 3‐D characteristics of wave propagation are given. It shows that the interferences of Rayleigh waves can confuse the result interpretation for pile integrity testing. The increase of hammer contact time can effectively mitigate the interferences, and the interferences of Rayleigh waves are weakest at an angle of 90° from where hammer hits. Besides, surrounding soil can partly mitigate the wave interferences. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于径向不变假定的现浇大直径管桩纵向振动响应频域解

假定各物理量沿径向不变化,建立了低应变瞬态集中荷载作用下现浇大直径管桩振动响应的计算模型和波动方程。采用Laplace变换法,求得了波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将文中解计算结果与三维频域解析解进行了对比分析,文中解的入射峰-反射峰时间差与三维频域解差别很小,说明对于PCC桩这种大直径薄壁管桩,采用径向不变假定对计算结果几乎没有影响。因此,在PCC桩低应变检测波形分析时,采用基于径向不变假定的二维解是完全合理的。将文中二维频域解的计算结果与二维时域解的结果进行了对比分析,结果表明,2种解在入射波、第一个桩底反射波、第二个桩底反射波峰值大小和到达时间非常吻合,这说明考虑环向位移与否对计算结果没有太大的影响,研究PCC桩低应变动力响应的问题时忽略水平方向的位移是完全可以的。     

黏弹性地基中PCC桩扭转振动响应解析方法研究

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土扭转耦合振动,把桩看作一维杆,将土体视作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇混凝土大直径管桩（简称PCC桩）扭转振动频域特性进行了理论研究,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩顶扭转频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,并与经典平面应变解进行对比,验证了解析解的合理性。分析了桩长以及土体黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响,得到了各参数对桩扭转振动特性影响的规律。分析表明：桩周土黏性阻尼系数增大可以显著提高桩顶扭转复动刚度和减小速度导纳振荡幅值,而桩芯土黏性阻尼系数的影响不明显;桩长越长,桩顶复动刚度越大,速度导纳振荡幅值越小,但当桩长增大到一定程度时,再继续增加桩长,桩顶复动刚度基本没有改变。     

动力试桩中冲击能量对桩身完整性检测的影响

通过分析不同能量的冲击脉冲在预制桩接缝处传播的不同特征,解释了高、低应变动力试桩评价预制桩完整性时产生差别的原因;提出了桩身完好系数β与试验应力水平相关的观点,并由此分析了高、低应变动力试桩在检测灌注桩桩身完整性时产生差别的原因;分析了动力试桩中,因土阻力和桩身材料阻尼引起的应力波衰减作用对桩身的完整性检测精度 的影响。     

基桩低应变法三维干扰最小点位置的影响因素及确定方法

通过工程实测信号和数值模拟分析,证明了瞬态集中荷载敲击下,桩顶三维干扰速度信号的强度沿径向先递减后递增,存在干扰最小点,并对比了不同学者提出的干扰最小点位置处的信号。参数分析表明,三维干扰最小点的位置与桩径、桩长、荷载脉宽、桩身混凝土弹性模量、土层剪切波速及土层泊松比等桩、土参数几乎无关,但与桩身混凝土泊松比密切相关,且泊松比越大,干扰最小点的位置越靠近桩中心。给出了干扰最小点位置与桩身混凝土泊松比之间的函数表达式,可方便应用于实际工程。     

管桩挤土效应的现场试验和数值模拟

以PHC管桩加固某物流加工二期标准仓库、厂房项目为依托,进行了吹填土地区PHC管桩的挤土效应研究。利用预先埋设的孔压计和测斜计,借助沉桩过程的现场测试手段,研究了PHC管桩在沉桩过程中桩周孔压变化和土体位移分布特征,发现沉桩过程中超孔隙水压力随距桩心距离的增加而近似呈线性规律衰减,影响范围约为10倍桩径,土体水平位移不仅与地基土性质有关,而且其分布特征也与深度有很大关系,表现为0.2～0.4倍桩长处土体水平位移较大。采用数值模拟有效地模拟了现场测试结果,进而将结果推广,得到了沉桩引起的桩周土体位移随深度和距桩心距离的变化规律。数值模拟结果表明：桩-土界面摩擦特性和桩径对土体位移场的影响较大。     

均质土中PCC桩与实心桩动力响应对比分析

现浇混凝土大直径管桩(简称PCC桩)由于具有较大的内、外壁摩阻力,在竖向荷载作用下表现出与一般实心桩不同的静、动力特性。采用建立的解析公式,对PCC桩、等截面积实心桩和等外直径实心桩3种桩的动力响应进行了对比分析,研究结果表明,当桩端阻力相对较小时,3种模型位移幅值差别不大;当桩端阻力较大时,3种模型幅频曲线和相频曲线存在较大差别;等面积实心桩位移幅值比PCC桩稍大,而等外直径实心桩的位移幅值比PCC桩稍小;位移相频曲线呈现等间距的震荡,实心桩的震荡峰值比PCC桩要高,且震荡峰值对应的频率各不相同,PCC桩出现震荡峰值的频率比实心桩小;3种计算模型动刚度震荡幅值差别较大,等直径实心桩的动刚度最大,等面积实心桩次之,PCC桩最小;等直径实心桩的虚部最大,PCC桩次之,等面积实心桩最小,振动过程中等直径实心桩桩顶阻尼最大;等面积实心桩的速度导纳最大,PCC桩次之,等直径实心桩最小。PCC桩充分发挥了单方混凝土的性能,比等截面实心桩具有更小的动力响应,比等外径实心桩更节省混凝土。     

Torsional dynamic response of a large‐diameter pipe pile in viscoelastic saturated soil

An analytical solution is developed in this paper to investigate the dynamic response of a large‐diameter end‐bearing pipe pile subjected to torsional loading in viscoelastic saturated soil. The wave propagation in saturated soil and pile are simulated by Biot's two‐phased linear theory and one‐dimensional elastic theory, respectively. The dynamic equilibrium equations of the outer soil, inner soil, and pile are established. The solutions for the outer and inner soils in frequency domain are obtained by Laplace transform technique and the separation of variables method. Then, the dynamic response of the pile is obtained on the basis of the perfect contacts between the pile and the outer soil as well as the inner soil. The results in this paper are compared with that of a solid pile in elastic saturated soil to verify the validity of the solution. Furthermore, the solution in this paper is compared with the classic plane strain solution to verify the solution further and check the accuracy of the plane strain solution. Numerical results are presented to analyze the vibration characteristics and illustrate the effect of the soil parameters and the geometry size of the pile on the complex impedance and velocity admittance of the pile head. Finally, the displacement of the soil at different depth and frequency is analyzed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢管抗滑短桩受力特性物理模型试验研究

为研究钢管抗滑短桩加固滑坡体的受力特性,在中国地质调查局地质灾害防治技术中心完成了4组不同桩长的钢管抗滑短桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验。测试堆载施加的滑坡推力作用下桩后、前土压力和桩身应变,观察滑体前缘变形破坏形态,分析滑坡推力、桩前土体抗力和桩身弯矩的分布规律试验。结果表明,滑坡推力的分布和桩前土体抗力和桩身弯矩是“S”型分布,确定了抗滑短桩的危险截面。对比分析桩长变化钢管抗滑短桩的受力特性,初步拟定钢管短桩能发挥抗滑效果的桩长下限值,即钢管抗滑短桩位于滑体中的长度应不小于滑体厚度的2/3。     

基桩低应变动测中"短程多次反射波"的特征研究--兼论横波在检测中的应用前景

短程多次反射波对基桩动测资料解释常会形成干扰，并为人们所忽视。以往国内外文献对此未见详细讨论。这里通过对解析解的理论计算与物理解释，阐明了这种干扰波的波形与强度，取决于缺陷的性质、位置、尺寸以及桩周土的剪切波速，且其不能被频域滤波所消除。因此在一定的客观条件下，这种干扰波会对资料的定性与定量解释造成困难，在实际工作中应予以注意。通过计算与实例，说明了物探资料解释的多解性问题在基桩动测中同样存在，用实测资料与理论曲线拟合法解释，可提高对资料认识的全面性，从而减小这种困难。根据文献通过理论计算说明，若测量扭转波则这种干扰将会大大减小，仅从此角度亦能说明纵横波联合检测是基桩动测的发展方向之一。     

An analytical solution for wave propagation in a square pile due to transient point load

This paper presents an analytical solution for wave propagation in a square pile due to transient point load. The differential equation of dynamic equilibrium is established considering propagation of waves in both vertical and transverse directions. The soil resistance is simulated by Voigt model. The three-dimensional analytical solution is deduced by using Fourier transform and the separation of variable method. The arithmetical results of the proposed solution show that the velocity responses along the radial direction at the pile top are highly non-uniform. In addition, Young’s modulus and the pile side length exert undisputable influences on the velocity responses.     

PDA高应变测桩技术在打桩监测中的应用

根据PDA对打桩过程中的桩身内拉压应力、锤击能量及初打极限承载力的监测,从而评价所选择的沉桩方法是否合理,场地地层情况与监测结果是否吻合,以及优化基桩持力层的选择,从而更好的为工程服务。     

预应力管桩振动台试验的数值分析

为了研究地震作用下预应力管桩的抗震性能和提高预应力管桩的延性设计水平,通过进行预应力管桩振动台试验,了解有限桩基形式下振动特性,建立预应力管桩振动分析数值模型,模拟振动试验全过程。改变桩数量和输入不同地震波加速度峰值,探讨各种桩基础形式在地震作用下的反应及抗震性能。分析结果表明,对于4桩基础,在3倍桩径的位置出现桩身反向位移,在2.5倍桩径处出现桩身负弯矩,在4～9倍桩径的区域范围内会出现开裂弯矩,在5倍桩径的位置出现弯矩最大值,在15倍桩径位置之下开始桩身弯矩急剧减小,分析结果可为预应力管桩抗震设计、制造、施工提供可靠依据。     

桩（墙）单位侧摩阻力与轴向应变关系的解析解及其应用

根据弹性力学原理,提出了模型筒桩（闭合墙）的简化力学模型。采用半逆解法先求出桩左右侧受均布摩阻力、桩顶受均布荷载两种情况下的应力分量,根据叠加原理得出桩两侧均受相同摩阻力、桩顶受均布荷载情况下的应力分量。据此推导了普通桩基的轴力和侧摩阻力计算式,分析结果表明,该计算式与传统计算方法是一致的。当桩壁两侧受不同大小的侧摩阻力、桩顶受均布荷载时,仍采用叠加原理求得各应力分量,进而求得桩表面处的轴向应变与单位侧摩阻力关系的解析解。通过矩形闭合墙基础模型试验实例,对该解析解的应用方法加以说明。该解析解的求出,为竖向载荷试验中模型筒桩（闭合墙）所量测的内外侧应变进行数据处理提供了理论依据,进而为基础-土相互作用研究提供了真实、准确的试验结果。