饱和土中大直径缺陷桩振动特性研究

为了研究成层饱和土中带缺陷的大直径灌注桩的振动特性,首先基于饱和多孔介质理论和平面应变理论建立饱和土中考虑施工效应影响的桩土纵向振动模型,利用剪切复刚度传递方法得到桩周土体对桩身的竖向作用;然后考虑桩身横向惯性效应,结合边界条件,利用阻抗函数传递方法得到桩顶复阻抗,利用傅里叶逆变换得到桩顶速度时域响应;接着通过与已有理论解和工程实测曲线进行拟合对比,证明本文解的合理性;最后对桩身缺陷特性、桩周土体性质等参数进行分析,结果显示:缺陷的大小、长度和位置、桩身横向惯性效应以及桩周土性质都会对低应变完整性检测结果产生较大影响。     

考虑土体竖向波动效应的静钻根植竹节桩纵向振动阻抗研究

 针对静钻根植竹节桩这一新桩型特殊的桩身结构及桩土接触条件,基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型研究其纵向振动阻抗。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩端的支承作用,根据桩周土的成层性和桩身竹节的分布情况,将桩土体系沿纵向划分成有限个微元段,同时,将桩周土沿径向划分为有限个圈层以考虑其径向非均质性;然后,利用Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解;在此基础上,将退化解与已有文献的解进行对比,证明退化解的合理性;最后,在桩基设计中比较关心的低频范围内分析桩身竹节、桩周水泥土及桩底土参数对静钻根植竹节桩桩顶纵向振动阻抗的影响。     

时域反射法探测桩身缺陷的模型试验研究

为验证时域反射法对桩身缺陷的检测效果,设计了时域反射技术检测桩基完整性的模型试验,分别针对不同介质(空气、干土和湿土)环境中的有缺陷桩和无缺陷桩进行检测,验证时域反射法对于预设缺陷的检测效果,并分析缺陷位置和缺陷数量、桩周介质类型等因素对检测结果的影响。研究结果表明,时域反射法可以用于检测桩身缩颈缺陷,在模型桩缺陷段和桩底位置能获得较清晰的反射信号;电磁波传递过程中发生的衰减、频散、介质不连续等导致电磁波实测波形和理论波形存在差异;不同介质中电磁波的波速变化导致缩颈缺陷探测结果与实际情况存在一定偏差,但误差仍处于实际工程要求的精度范围内。     

不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明:桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

大直径变截面桩速度波衰减特性研究与应用

针对大直径桩在低应变测试中的三维效应和缺陷量化分析问题,建立变截面桩–成层土耦合振动模型,考虑桩身的三维波动,通过建立层间递推关系求解得到桩身任意位置纵向振动响应的频域解析解,并利用傅里叶逆变换得到时域内半解析表达。在此基础上,分别针对完整桩和缺陷桩,探讨不同条件下桩身入射速度波沿径向和纵向的幅值和走时变化规律。最后通过现场试验对某混凝土灌注桩的桩顶及桩身内部纵向振动响应进行测试,验证了本文解的合理性。理论与试验结果表明:(1)中心瞬态激振条件下大直径桩的三维效应显著,其影响深度与桩顶激振力的作用面积和持续时间相关;(2)速度波沿桩身的纵向衰减特性能够较好地反映出桩身完整性和桩侧土阻力特性,这一研究结果能够为基桩完整性检测提供一种新的思路和方法,具有一定的工程应用价值。     

裂纹传递矩阵与缺陷桩的频率响应

本文通过引入裂纹传递矩阵,将传递矩阵法用于计算缺陷桩的频率响应,对具有颈缩、凸肚、裂纹等缺陷的试验桩进行了计算,得到与实测数据基本吻合的结果,为机械阻抗法等通过分析频响曲线对桩身质量进行评估的动测技术提供了理论基础。     

几种基桩质量检测方法可靠性的工程分析

机械阻抗法适用于检测桩身混凝土的完整性,推断桩身缺陷及其位置;当有可靠的同条件动静对比试验资料时,还可用于推算单桩承载力.但机械阻抗法检测混凝土桩的基桩质量时,对桩身缺陷程度和入岩情况只能做定性判定,而取芯法可以很大程度补充机械阻抗法的不足.     

高应变动力试桩法土阻力波的理论计算及测量

土阻力波是由于桩顶打击力所产生的应力波在桩身内传播,导致桩身与桩周土发生相对位移后产生的;根据波动方程理论,桩身内应力波可分离为上下行波两类;土阻力波与阻抗不连续面的反射波均包含于上行波中,仅当阻抗变化已知时,可准确计算出土阻力波;桩端土阻力波的计算因桩底反射波的干扰而存在误差;桩身阻抗存在明显差异的灌注桩,不应采用土阻力波理论计算土阻力;桩身材料物理学性质的不确定及现场操作不规范是土阻力波计算误差其他来源。     

磁测井法在检测基桩钢筋笼长度中的运用

灌注桩钢筋笼属于铁磁质,在地磁场作用下产生感应磁场,感应磁场与地磁场相互叠加局部产生磁异常,利用仪器测试桩身附近磁场强度,根据磁异常可确定钢筋笼长度。本文通过模型试验讨论了钢筋笼底部和主筋搭接点的磁异常特征,以及测试距离对磁场强度的影响,试验结果与理论公式一致。通过两个工程实例,证明采用磁测井法检测灌注桩钢筋笼长度及PHC管桩长度的方法可行。     

成层地基中倾斜偏心荷载下基桩位移特性室内模型试验研究

为研究地面以上桩自由长度、桩身刚度、桩身微倾斜角度等因素对基桩位移特性的影响,以黏土模拟软弱土层,砂土模拟下卧持力层,自行设计自平衡装置施加倾斜偏心荷载,进行倾斜偏心荷载下两组6根木质柔性桩室内模型试验。试验结果表明,倾斜偏心荷载下基桩位移表现出明显的非线性,在受荷过程中,倾斜荷载、水平荷载、竖向荷载、地面处桩身水平位移、桩顶水平位移与桩顶转角均满足一定的规律。最后,提出了倾斜偏心荷载下基桩位移计算半经验公式,实测结果表明,理论计算结果与实测结果误差一般小于15%。     

用钻芯法核验反射波法检测桩端嵌岩情况的实例分析

由于采用反射波法检测混凝土桩的桩身完整性时,对桩身缺陷程度只做定性判定,而且只有在少数情况下,可判定桩身缺陷的具体类型。尤其对于嵌岩桩,受桩周土约束、桩身截面阻抗变化较大等因素的影响,单凭测试信号,很难区分嵌岩缺陷的性质。因此,对嵌岩桩桩端嵌岩缺陷类型进行判定,应结合地质、施工情况综合分析,可采取钻芯等其他方法进行核验。针对这种情况,结合实际检测工作中遇到的几例嵌岩桩桩端质量事故,进行了两种检测方法的对比分析。     

纵横弯曲桩计算的综合刚度和双参数法的有限差分解

 为提高外露段较长的桩在横向和竖向荷载共同作用下变形和内力的计算精度和效率,基于综合刚度原理和双参数法推导可考虑桩的纵横弯曲,即计及竖向荷载(包括桩顶竖向力及桩身自重和桩侧摩阻力)对弯曲变形影响的有限差分解,采用MATLAB程序语言编制相应的计算程序。与模型试验数据或现有方法工程实例计算结果的比较验证了该法的可靠性,同时还表明该方法比基于相同原理的杆系有限元法更方便快捷。研究结果表明：对于外露长度和桩顶竖向荷载较大的桩,重力二阶效应是不容忽视的,且竖向荷载不仅会增大桩身弯矩,还会导致桩身剪力的增大,现有方法未体现其对剪力的影响,是偏于不安全的,在纵横弯曲桩的设计计算中应引起重视。     

基桩低应变检测中波速测不准问题的研究

通过低应变法检测基桩的现场试验,对比研究传感器安装位置对首波幅值及初至时间、桩底反射幅值及到达时间、检测波速等的影响特征。试验表明,由于首波时间滞后的影响,对于相同长度的桩,桩径越大,检测波速偏高越多;对于相同桩径的桩,长度越短,检测波速偏高越多。为提高低应变法检测的准确性,经理论分析,建立考虑时间滞后的针对灌注桩和预应力管桩的完整桩纵波速度计算公式、桩身缺陷位置计算公式,并首次提出灌注桩桩身下部缺陷段的平均波速计算公式。实践证明,提出的计算公式能正确反映桩身的实际纵波速度、桩身缺陷实际位置,较现有的计算公式有明显的优越性。     

地震条件下抗滑桩桩前存在开挖的动力有限杆单元法研究

采用有限杆单元法理论、多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法理论、Rayleigh阻尼理论对地震作用下抗滑桩桩前存在开挖条件的振动时程进行了计算,分析了抗滑桩桩身弯矩以及桩顶位移。此外,进行了抗滑桩动力离心机模型试验,得到桩身弯矩以及桩顶位移,并与理论计算的结果进行了对比验证。揭示了抗滑桩在强震作用下桩前存在开挖时桩身弯矩的地震反应特征,可为地震作用下的抗滑桩设计提供依据。     

基于桩-土非线性作用的缺陷桩竖向承载特性分析

为评价桩身缺陷对基桩竖向承载性状的影响,提出一种考虑非线性桩-土相互作用的缺陷桩简化计算方法,重点分析桩身裂隙和缩径段长度、埋深等对桩身内力和变形的影响。结果表明,桩身裂隙使基桩Q-s曲线中部产生反弯段,裂隙段埋深越大反弯点位置距离原点越近,裂隙长度越大位移陡降现象越明显;桩身缩径主要影响基桩的竖向刚度和极限承载力,缩径桩Q-s曲线形状与正常桩类似,但桩身轴向应力在截面变化位置发生突变。简化分析方法为缺陷桩竖向承载性状的定量分析提供一条新途径,分析成果可为基桩缺陷判别和承载力评定提供参考。     

PIT低应变动力试桩的模型试验研究

通过模型试验桩在不同条件下的模拟对比试验研究，并采用先进的信号拟合分析软件进行计算分析，探讨了如何从实测速度波形反演分析缺陷位置和缺陷程度，研究成果对实际工程桩桩身质量检测具有重要指导意义。     

缺陷轴向尺寸对基桩完整性评价的影响

采用ABAQUS有限元软件模拟基桩低应变完整性动测过程,定性分析缺陷轴向尺寸对基桩完整性判断的影响,探讨影响基桩完整性定量评价的缺陷轴向尺寸的临界长度,并给出该临界长度的表达式。结果表明:缺陷轴向尺寸临界长度与锤的材料性质及脉冲力的作用时间有关。在此基础上,对比分析缺陷轴向尺寸对不同桩身完整性系数缺陷桩评价的影响,结果表明:桩身完整性系数越大,缺陷轴向尺寸的影响越大。     

土塞效应对管桩纵向动力特性的影响研究

基于附加质量法,研究考虑土塞效应时成层地基中管桩的纵向振动问题。首先,根据桩侧土、桩端土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,并采用虚土桩法和附加质量法建立了桩土系统的纵向振动控制方程。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推法,推导得到了考虑土塞效应时管桩纵向振动的桩顶速度频域响应解析解和半正弦脉冲激振力作用下相应的桩顶速度时域响应半解析解。最后,分析了附加质量法中Voigt模型参数的敏感性区间,讨论了土塞效应对管桩纵向动力特性的影响规律,并通过模型试验验证了所提理论解的合理性。结果表明：①当附加质量法中的Voigt模型参数逐渐增大时,土塞与管桩之间的相互影响将逐渐增强;②在桩顶速度时域响应曲线上,土塞顶部界面位置处会出现类似扩颈桩段的反向反射信号;③由于土塞的存在,填充土塞桩段的综合波速会小于管桩材料的一维弹性纵波波速,且土塞高度越高,填充土塞桩段的综合波速越小。     

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。     

考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性及其应用

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩的支承作用,通过径向圈层间的剪切复刚度传递,考虑施工扰动造成的桩周土的径向非均质性;然后,将桩与虚土桩假设为Rayleigh-Love杆,建立其纵向振动控制方程,通过Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解,并通过Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;在此基础上,通过参数分析的方法,研究横向惯性效应对大直径桩纵向振动特性的影响以及与桩–土参数之间的关系;最后,将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,验证了本文解的合理性。