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岩海高应变会议讲义 第1页/共86页 PART.01 前言 武汉岩海 第2页/共86页 1 高应变法试桩是一种用重锤冲击桩顶，冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使桩—土产生足够的相对位移，以激发桩周土阻力和桩端支承力的一种动力检测方法。 1.1 什么是高应变法基桩检测 武汉岩海 第3页/共86页 1.2 高应法检测目的 （1）判定单桩竖向承载力是否满足设计要求。 （2）检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别。 （3）分析桩侧和桩端阻力。 （4） 打桩监控 （5） 桩身锤击应力状态及其分布---压应力和拉应力 （6） 桩身锤击能量传递比---桩锤实际传递给桩的能量 （7） 承载力时间恢复系数---初打试验与复打试验 目前主要用途：确定单桩竖向承载力能否满足设计要求 第4页/共86页 2 1、检测基桩竖向承载力和完整性 2、检测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。 3、进行灌注桩承载力检测时，应有现场实测经验和本地区相近条件可靠验证资料 1.3 高应变法适用范围 武汉岩海 第5页/共86页 1.4 高应法技术发展现状 目前，在我国应用范围最广泛的高应变分析方法采用CASE法和实测曲线拟合法（CCWAPC法）。 主要动测仪器有： （1）武汉岩海工程技术开发公司的RS系列基桩动测仪 （2）美国桩基动力公司的PDA 系列打桩分析仪 第6页/共86页 PART.02 高应变理论 武汉岩海 第7页/共86页 3 2.1 桩的基本假定 2.2 基本概念和基本关系式，何种情况下需要对高应变结果进行验证 2.3 高应变动力试桩的波动力学基础 2.4 应力波对试桩实测曲线的影响 2.5 高应变动力试桩的桩土模型 2.6 高应变动力试桩的凯司法(CASE法) 2.7 高应变动力试桩法确定桩身完整性(β法) 2.8 打桩过程中的桩身应力 2.9 锤击能量与打桩系统效率 2 高应变法基本理论 武汉岩海 第8页/共86页 4 1、高应变动力试桩在原理上就被简化为一维线性波动力学问题 2、假定桩身材料是均匀的和各向同性的 3、假定桩是线弹性杆件 4、假定桩是一维杆件 5、假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多 6、假定破坏只发生在桩土界面 2.1 桩的基本假定 武汉岩海 第9页/共86页 5 应力波波速C与质点速度V: 1、应力波波速c是杆的材料性质的函数。其物理意义是应力波在杆身中的传播速度。 c2 = E /ρ 其中：c-波速 E-弹性模量 ρ-材料密度 2、“应力波波速”就是压缩区（或拉伸区）沿杆运动速度；而“质点速度”就是应力波经过时杆上质点的运动速度。 3、质点速度与应力应变的关系 质点的速度与力的关系: V = F*C/E*A　 质点的速度与应力的关系: V =σ*c/E　 质点的速度与应变的关系: V =ε*c 4、桩身力学阻抗Z （归一） Z = ∣F/V∣= EA/c =ρcA 即：F= ∣ZV∣ 在描述应力波现象时，把实测的速度曲线乘以相应的桩身阻抗Ｚ，该曲线将保持速度的变化规律而按一定的比例转换为力的单位，在同一坐标系中可以直接对比该曲线与实测的力曲线之间的关系，这将大大方便我们的观察与分析。此外，下行波和上行波的时程曲线也是用Ｚ这一参量经过换算计算得到的。 2.2 基本概念和基本关系式 武汉岩海 第10页/共86页 6 1、一维波动方程 ∂2u/∂t2 = c2∂2u/∂x2 - R/(ρ•A) (2－1) 式中：u是杆上x处在t时刻的轴向位移，它是纵向坐标和时间两个变量的函数。上式中左边的偏微分是杆上质点的加速度，右边的偏微分是杆上质点的应变 2、下行波和上行波 一维波动方程(2－1)式的通解为： u(x,t) = f(x-ct) + g(x+ct) 　　 解由两部分组成，分别代表两个行波，其传播速度均为c而传播方向相反，在竖向的桩身中传播时通常称为下行波和上行波。 　　根据波动理论，一个任意位移波和与它对应的应力波在杆中的传播仅仅随时间以波速c沿正反方向移动而其形状保持不变 下行力波 F↓= Z v↓ 上行力波 F↑= -Z v↑ 一般情况下，在桩身任一位置截面上量测到的质点运动速度和力都是下行波和上行波叠加的结果： F = F↓+ F↑ v = v↓+ v↑ 2.2 高应变法的波动力学基础 武汉