桩周土对桩身应力波传递及缺陷识别的影响研究

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目前,桩基础因承载力大、强度高等优点,被广泛应用到土木工程中,但桩基础属于隐蔽工程,其成桩质量往往受到施工水平、地质情况等因素的影响而出现问题,从而降低整个桩基工程的质量。所以,必须对基桩完整性进行检测,基桩完整性最常用的检测方法是应力波反射法,因其简便、快捷被广泛应用,但也常常因为桩周土阻力的影响而无法判断。因此,本文以应力波理论为基础,通过理论分析、模型试验和数值模拟方法研究桩周土对桩身应力波传递及缺陷识别的影响,主要研究内容和成果如下:(1)根据动力学理论,建立了考虑桩周土作用下的基桩控制方程,又通过波动理论求得了桩身任意截面的速度响应解析解。(2)通过假设半正弦或升余弦入射波,得到了桩周土阻力会使桩顶质点产生负向振动,导致速度信号首波过后出现负向脉冲,且随着脉冲宽度的增大,负向脉冲现象逐渐减弱。(3)依据应力波沿桩身传递衰减规律和阻抗截面变化处的反射规律,建立了单缺陷桩和多缺陷桩缺陷程度定量识别关系式,利用该关系式可以定量识别桩身缺陷程度。(4)依据不同龄期下模型桩测试结果,得到了随着龄期的增加,桩周土阻尼逐渐增大,缺陷反射波幅值与入射波幅值之比逐渐减小,验证了基桩缺陷定量识别方法的正确性。(5)利用数值模拟拓展了桩周土参数变化对应力波传递规律的影响,得出桩周土阻尼是应力波衰减的主要因素,其中在桩周土阻尼作用下,质量阻尼系数对应力波衰减基本上不产生影响,对应力波造成衰减的主要是刚度阻尼系数。(6)对于缺陷桩,缺陷程度和缺陷轴向尺寸越大,缺陷反射波幅值越大,桩底反射波幅值越小,且在不同缺陷程度下,缺陷轴向尺寸对应力波的衰减影响不同。针对多缺陷桩,得到上部缺陷会对下部缺陷产生影响,而下部缺陷不会对上部缺陷产生影响。
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