PAGEPAGE74基樁高應變法動力檢測實用技術2005年11月目錄第一章高應變動測基礎知識第二章高應變中的應力波理論第三章凱司法(CASE)第四章高應變試驗現(xiàn)場實測第五章實測曲線擬合法第六章高應變動側試驗中需注意的幾個問題第七章檢測規(guī)范第八章實例應用及分析第一章振動與波的基礎知識1.1．機械振動1．機械振動的概念是指物體或系統(tǒng)在平衡位置附近以某種方式進行的往復運動。2．機械振動系統(tǒng)模型的組成：質量、彈簧和阻尼3．線形系統(tǒng)與非線形系統(tǒng)線形系統(tǒng)：表示激勵與響應間的微分方程是線形微分方程的振動系統(tǒng)。非線形系統(tǒng)：表示激勵與響應間的微分方程是非線形微分方程的振動系統(tǒng)。4．時不變與時變系統(tǒng)時不變系統(tǒng)：質量、剛度和阻尼等參數(shù)不隨時間變化的系統(tǒng)。時變系統(tǒng)：質量、剛度和阻尼等參數(shù)隨時間變化的系統(tǒng)。5．振動的分類（1）按振動系統(tǒng)的結構參數(shù)特征分類：A．線性振動：在確定性激勵下線形系統(tǒng)的振動，其響應間的微分方程是線形的。B．非線形振動：在任意性激勵下非線形系統(tǒng)的振動，其響應間的微分方程是非線形的。（2）按振動的規(guī)律分A．確定性振動：系統(tǒng)的振動可事先估計，有確定性規(guī)律。B．隨機振動：振動是不可預知的，不能用時間的確定性函數(shù)來表示，只能用統(tǒng)計的方法來研究。（3）按振動產生的原因分A．自由振動：當系統(tǒng)的平衡被初時擾動破壞后，僅在恢復力的作用下的振動。B．受迫振動：在外力干擾持續(xù)作用下的振動。C．自激振動：激擾是在受系統(tǒng)本身振動控制的，當存在適當反饋的特性下，系統(tǒng)會自動激起定幅振動，一旦振動被抑制，激擾也隨同消失。（4）按系統(tǒng)自由度分A．單自由度系統(tǒng)振動：系統(tǒng)的幾何位置僅需一個參數(shù)就能決定。B．多自由度系統(tǒng)振動：系統(tǒng)的幾何位置僅需多個參數(shù)才能決定。6．簡諧振動（1）概念：物體或系統(tǒng)的振動物理量（u，v，a）是時間的正弦或余弦函數(shù)。x=Asin（ωt+φ）ω=2∏/T=2∏fx：位移；A：振幅；T：周期；ω：圓頻率；f：頻率；ωt+φ：相位；φ：初相位（2）振幅、周期、頻率振幅：離開平衡位置的最大距離；周期：振動一次所需的時間；頻率：在1秒種內振動的次數(shù)。2.2．應力波（1）（波動）概念：應力波是機械振動在連續(xù)介質中的傳播過程。波動只是振動狀態(tài)（振動相位）的傳播，連續(xù)介質中個質點僅在它們各自的平衡位置附近振動，并沒有隨振動的傳播而流動。（2）研究應力波的基本假定（前提）：A．質量均勻連續(xù)分布；B．材料各向同性；C．在彈性范圍內，服從虎克定律；D．桿的橫截面在振動時，仍保持為平面，并作整體運動。E．不計橫向變形。（3）描述波動的幾個常見概念；波面：以相同位移振動點的軌跡；B．平面波：波面為平面的波；C．球面波：波面為球面的波；D．波長：質點完成一次完整振動所花的時間里，波所傳播的距離；E．周期：完成一次完整波動所花的時間；F．頻率：在1秒種內完成完整波動的個數(shù)。G．波速與質點振動的速度的區(qū)別質點運動速度（v）：是指單位時間里質點在其平衡點附近運動時的位移變化量。或：質點在其平衡點附近往復運動的速度。波傳播速度（C）：是指單位時間內一定的振動周相所傳播的距離?；颍簯Σㄑ貥渡韨鞑サ倪\動速度。在高應變動測試驗中，質點運動速度（v）往往只有幾個m/s；而波傳播速度，即波速（C）要達到幾千m/s，如表1.1所示。表1.1典型的波速值樁型鉆孔灌注樁預制混凝土樁預應力管樁鋼管樁波速（m/s）3000～366003400～388003800～411005100表現(xiàn)在高應變實測曲線中，如圖1.1所示。F(t)v=V/ZV(t)02L/C圖1.1波速：C=2L/T質點運動速度：v對應與vZ曲線上的值v=V/Z，表示t時刻的質點運動狀態(tài)。（4）波的分類A．縱波：是指質點的振動方向與波動的傳播方向相一致。（在高應變動測試驗中，所研究的應力波都為縱波）B.橫波：是指質點的振動方向與波動的傳播方向相垂直。橫波的外形特征是具有凸起的波峰和凹下的波谷；而縱波的外形特征是具有“疏松”和“稠密”的區(qū)域。C．表面波：是指指質點的振振動方向與與波動的傳傳播方向成成45度角度。(5)應力力波的特性性應力波具有反射射、透射、散散射、疊加加、彌散（衰衰減）等特特性。反射、透射：當波傳播到兩種種介質的分分界面時，一一部分從界界面返回，形形成反射波波；另一部部分進入到到另一種介介質，形成成透射（折折射）波。波的疊加原理兩列波相遇后，仍仍然保持他他們各自的的特性（頻頻率、波長長、振幅、震震動方向等等）不變，并并按照原來來的方向繼繼續(xù)前進，好好象沒有遇遇到過其它它波一樣。在相遇區(qū)域內，任任一點的振振動為兩列列波單獨存存在時在該該點所引起起的振動位位移的矢量量和。（6）波阻抗（Z）.定義為：樁樁身截面所所受內力增增量與質點點運動速度度增量之比比。即：Z=dF//dv=AAd/dv==AEd/dv=EA/CC式中A為樁身截截面面積。波阻抗Z的量綱綱為:KNN.s/mm.其物理意義義是：質點點運動變化化所提供的的力?；蛸|質點運動速速度變化一一個單位速速度（1mm/s）所需需的力。.波阻抗Z僅僅與材料本本身有關，大大小由材料料本身性質質所決定。.波阻抗的計計算方法Z=EA/C==C2A/C=ACC=(/gg)AC式中：ZZ樁身材料料波阻抗，kNs/m。EE樁身材料料彈性摸量量，kPaa(100-3Mpaa)。CC波速，m//s。AA樁身截面面面積，mm2。樁樁身材料質質量密度，kg/m3。樁樁身材料重重度，kNN/m3。gg重力加速速度，m//s2。不同樁型典型樁樁身材料重重度如表1.2所示。表1.2典型樁身身材料重度度樁型鉆孔灌注樁預制鋼筋混凝土土樁鋼樁重度（kN/mm3）24.024..5-255.078.51.3測試系系統(tǒng)基本的測試系統(tǒng)統(tǒng)：激振系統(tǒng)：用來來激發(fā)被測測物體或使使被測物體體產生振動動的設備系系統(tǒng)。如高高應變試驗驗的重錘。測量系統(tǒng)：將測測振量轉換換為電信號號，并加以以轉換、放放大、顯示示、記錄、儲儲存以及計計算分析的的整個系統(tǒng)統(tǒng)。被測對象：就是是試驗對象象。如：高高應變試驗驗中的樁、土土。拾振器（傳感器器）概念：拾振器就就是傳感器器。它將被被測的振動動量轉換成成電信號。根根據不同的的被轉換振振動量，而而分為速度度傳感器、加加速度傳感感器、應變變傳感器等等。傳感器的主要特特性參數(shù)傳感器的主要特特性參數(shù)包包括：靈敏敏度、幅頻頻特性、分分辨率、線線性度、線線性范圍、動動態(tài)范圍、頻頻率范圍等等。靈敏度S：S=輸出信號號/輸入信號號幅頻特性：輸出出信號與輸輸入信號之之間的頻率率響應函數(shù)數(shù)，其模的的特性就是是幅頻特性性，幅角的的特性為相相頻特性。幅頻頻特性反映映了靈敏度度與頻率之之間的關系系。只有在在平直區(qū)才才能工作，否否則就會誤誤差，即頻頻率失真。動態(tài)范圍：指輸輸出信號與與輸入信號號間維持線線性關系時時輸入信號號幅度的容容許范圍。分辨率：能夠引引起輸出量量發(fā)生可以以分辨的變變化，其最最小輸入量量的大小就就是分辨率率。線性度、線性范范圍當儀器的靈敏度度在一定限限度內波動動而不越過過靈敏度的的誤差范圍圍，這個限限度叫線性性度。儀器器在一定的的范圍內保保證線性度度，這一范范圍就是線線性范圍。上上海新規(guī)范范規(guī)定：混混凝土樁用用加速度的的線性范圍圍是0-100000m//s2；鋼樁用用加速度的的線性范圍圍是0-500000m//s2。F．頻率范圍：儀器器的靈敏度度的變化不不超過某一一規(guī)定的百百分比時，儀儀器的使用用頻率范圍圍。上海新新規(guī)范規(guī)定定：加速度度的頻率范范圍是10-77500HHz。第二章高應應變中的應應力波理論論2.1應力波波理論的應應用條件（基基本假定）(1)).樁為為一維線彈彈性細長（長長度比直徑徑大得多—在這種情情況下，橫橫向位移對對縱向運動動的效應可可以忽略不不計）桿件件。(2)).樁身身材料各向向同性。2.2下行波波與上行波波Of（x-ctt）g（x+ctt）F,vvF,vX圖2.1規(guī)定：1.桿桿件上端面面為坐標原原點O，X軸向下為為正。如圖圖2.1所示；22.位移u、質點運運動速度V和加速度a以向下為為正（X軸正向）；；33．樁身內內力、應力力σ和應變ε以受壓為為正（X軸正向）。應力力波在桿件件中的運動動，可以用用一維波動動方程來描描述：2u/dtt2=E2u/dxx2(2.1)u為在在x位置處、在在時間t時質點的的縱向位移移。其達朗朗貝爾通解解為：u((x,t))=g(xx+ct))+f(xx-ct))(22.2)即u由由g和f兩部分組組成。考察一一下f(x-ctt)波：位移移波分量ff是指在某某個時刻t和某個位位置x上的物理理量，對于于某個固定定波形的位位移波f(100)來說，出出現(xiàn)的時間間和位置由由t和x所決定。即即：100==x-cct，x=1000+ctt。若C=50000m/s，當t=0時，x=1000；當t=0..002秒時，x=1110；……..。隨著時時間t的延長，x值變大，意意味著應力力波f(xx-ct))逐漸遠離離原點，向向下運動。因因此f(xx-ct))是向下運運動的波，一一般稱為下下行波，用用f（x-ct）表示示。同樣可以知道，g(x+ct)是向上運動的波，一般稱為上行波，用g(x+ct)表示。.下行波f（x-ct）：v==f(x-ct)//dt=-Cf’=-f(x-ct)//dx=-ff’因此有：v=C即：=vv/C((2.3)而FF=EA=(EEA/C))v==Zv其中中波阻抗ZZ=EEA/C故：F=ZZv..….(2.4)在下行行波中，質質點運動的的速度方向向與所受力力方向始終終一致。.上行波g((x+ct)：v==g(x+ct)//dt=CCg’=-g(x+ct)//dx=-g’’因此有有：v=-C(2.5)而F=EA=--(EAA/C)vv=--Zv故：：F=-Zv(2.6)在上行行波中，質質點運動的的速度方向向與所受力力方向始終終相反?？傊海篎=ZZvF=-ZZv2.3v，v,FF，F(xiàn)與F，v之間關系系由于：：F=F+F=ZZv-ZvZv==Zv--Zvv=vv+vZvv=Zv+Zv上式聯(lián)立，可得得：v=1/22（v+F//Z）((2.7)v=1/22（v-F//Z）((2.8)及F=（F+Zvv）/2(2.9)F=（F-Zvv）/2(22.10))2.4應力波波在自由端端、固定端端的反射(1).桿件底底部為自由由端FF,,vF界面圖2.2自由端端邊界條條件為：F==F+FF=00因而：：F=--F(22.11))亦即：：-Zv=-（Zv）v=vv因此：：v=v++v==2v((2.12))結論：應力波到達自由由端后，將將產生一個個性質相反反、幅值相相等的反射射波。即壓壓力波產生生拉力反射射波；拉力力波產生壓壓拉力反射射波。在桿端處，由于于波的疊加加，使桿端端處質點運運動速度增增加一倍。(2)).桿件件底部為固固定端FF,,vF界面圖2.3固固定端邊界條條件：v=vv+v==0因而：：v=--v((2.13))亦即：：-F//Z=-（F/Z）F=FF因此：：F=F++F=2F(2.14))結論：應力波到達固定定端后，將將產生一個個性質相同同、幅值相相等的反射射波。即壓壓力波產生生壓力反射射波；拉力力波產生拉拉拉力反射射波。在桿端處，由于于波的疊加加，使桿端端處質點所所力增加一一倍。2.5桿件件截面變化化反射、透透射特征(1)).桿件件受到F11和F2兩個應應力波的共共同作用((如圖2.4)ZZ1FF1,v1FF1,vv1界面面F2,vv2F2,vv2ZZ2圖2.4邊界條條件：根據據連續(xù)性F1+F1=F2+F2v1+v1=v2++v2結合：F1==Z1v11，F(xiàn)2=ZZ2v2FF1=-Z1vv1,F22=--Z2v22可得：F1==（Z2-ZZ1）/（Z2+ZZ1）F1+22Z2/（Z2+ZZ1）F2((2.15))F2=2Z22/（Z2+ZZ1）F1((2.166)(2).當當僅有下行行波（F11）存在時，即即F2=00則：F11=（Z2-ZZ1）/（Z2+ZZ1）F1（反射波波）(2.117)F22=2ZZ2/（Z2+ZZ1）F1（透射波波）(2..18)從式F1=（Z2-ZZ1）/（Z2+ZZ1）F1可以推得得：.當樁端自由由時，即ZZ2=0，則則FF1=-F1.當樁端固固定時，即即Z2，則FF1=F1與2.4中結論一致致。2.6土阻阻力波F xFR(=--Ri/22)RRi/2Ri-RRi/2FRR(=Ri/22)圖2.5如圖22.5，當應力力波傳到xx位置時，激激發(fā)了該處處的土阻力力Ri。土阻阻力Ri分成兩兩部分：向向上傳播的的FR和FR。力平衡衡條件為：：FR-FR=RRivvR=vR由于：：vR=-FFR/ZvR=FR/Z所以有：FR=11/2Rii(22.19))FR=--1/2RRi((2.200)結論：：在樁側土土阻力作用用下，樁身身內部將產產生一個上上行的壓力力波和下行行的拉力波波。兩者的的幅值相等等，都各等等于該處土土阻力值的的一半。第三章凱凱斯法3.1基本假假定(1)).樁為為一維線彈彈性細長桿桿件。(2)).樁身身材料是均均質的（彈彈性模量EE和樁身截截面積A恒定）。(3)).土的的基本模型型為：總土土阻力由土土的靜阻力力和土的動動阻力組成成。用摩擦擦鍵和彈簧簧模擬土的的靜阻力，用用阻尼壺模模擬土的動動阻力。土土的動阻力力集中在樁樁尖附近，并并與樁尖質質點的運動動速度成正正比。樁側側動阻力忽忽略不計。(4).應力波波在傳播過過程中的能能量損耗，包包括樁身內內阻尼損耗耗和向樁周周土中的逸逸散損耗，都都忽略不計計。實際上(1)((2)(44)就是樁樁的模型；；(3)是土的的模型。Rdd樁樁段Rd=JvvvvRsiRsuQDDi圖3.1土的基基本模型土的基基本模型為為：由摩擦擦鍵、彈簧簧模擬土的的靜阻力RRs；由阻阻尼器模擬擬土的動阻阻力Rd。并且有有：Rd==Jv×v式中：：Jv為土的的粘滯阻尼尼系數(shù)，kkNs/mm。在高應應變試驗中中常用的阻阻尼系數(shù)還還有：Smiith阻尼尼系數(shù)Jss，s/mm；Casse阻尼系系數(shù)Jc，無量量綱。它們之之間的關系系為：Jv==RsuJJs=ZJJcRsuu為土體單單元的最大大靜阻力。3.2基本的凱凱斯法計算算公式數(shù)學學推導FF2LL/c2xxi/c時間txiRi//2LRiiF--F-Ri/22RR側/2+RR尖圖3.2應力波波在樁身中中傳播示意意公式推推導的基本本思路.在公式推推導過程中中，涉及到到四類波：：a.向下傳傳播的錘擊擊壓力應力力波F(tt)；b.向上傳傳播的壓力力土阻力波波1/22R(i，t)；c.向下傳傳播的拉力力土阻力波波-11/2R((i，2L/C))。d．在時間為L//C時激發(fā)起起的向上傳傳播的樁尖尖壓力土阻阻力波RR尖(L，L/C)；.以以樁頂作為為位置坐標標和時間坐坐標的原點點。.向向下傳播的的錘擊壓力力應力波FF(t)，在在樁身內作作無數(shù)次的的來回反射射。將無數(shù)數(shù)次的來回回反射波疊疊加起來。.某某一位置ii處向上傳傳播的壓力力土阻力波波1/22R(i，t)，在在樁身內作作無數(shù)次的的來回反射射，將無數(shù)數(shù)次的來回回反射波疊疊加起來((對時間疊疊加)。.將將從樁頂?shù)降綐兜撞煌恢酶鼽c點的中疊加加波再疊加加起來(對位置疊疊加)。.從樁頂?shù)降綐兜撞煌恢酶鼽c點處向下傳傳播的壓力力土阻力波波-1/2RR(i，t)，在t=LL/C時刻刻同時到達達樁尖(大小為--1/2RR(i，2L/C)=-Ri/22)，該波波在樁身內內作無數(shù)次次的來回反反射，將無無數(shù)次的來來回反射波波疊加起來來(對時間疊疊加)。向上傳播的樁尖尖壓力土阻阻力波R尖(L,L//C)，在樁身身內作無數(shù)數(shù)次的來回回反射。將將無數(shù)次的的來回反射射波疊加起起來。.將將中的三類類疊加波全全部疊加起起來得：FF(t)，V(t))表達式式。.將F(t))，V(t))表達式在在時間上取取為“t=t++2L/C”，則得F((t+2LL/C)，V(t++2L/C))表達式式。⑩.考慮到4..1中的基基本假定，將將中的F(tt)，V(t))，F(xiàn)(t++2L/C))，V(t++2L/C))表達式式作適當?shù)牡臄?shù)學處理理，即可得得到凱斯法法計算總土土阻力的基基本公式：：R總=1/2F(tt1)+FF(t1++2L/C))+Z//2v(tt1)-vv(t1++2L/C))=1/2F(t11)+ZZv(t11)+1/2F(t11+2L/C))-Zvv(t1++2L/C))=F（t1）+F（t1+2LL/C）（3.1）3.3求取靜靜土阻力RRs總土阻阻力由兩部部分疊加而而組成：一一是在靜載載荷試驗中中所表現(xiàn)出出的土的靜靜阻力Rs，一部部分為由于于樁身運動動而產生的的附加的土土的動阻力力Rd。即：：R總=Rs++Rd。因因此Rs==R總Rd由4..1中的基基本假定可可知：土的的動阻力RRd集中在在樁尖附近近，并與樁樁尖質點運運動速度VVb成正比比。即RRd=Jvv Vb=ZZJcVb（3.2）式中：Jv為樁樁尖處土的的粘滯阻尼尼系數(shù)，kkNs/mm。JJc為樁尖尖處土的SSmithh阻尼系數(shù)數(shù)，無量綱綱。Jv與與Jc有關系系：Jv==ZJc求取樁樁尖質點運運動速度VVb：將樁尖尖看作是一一個自由端端，樁尖土土阻力作為為一個附加加阻力。在在t=L//C時刻（此此時錘擊沖沖擊力到達達樁尖，樁樁尖處質點點的運動速速度Vb最大），影影響樁尖處處質點的運運動速度VVb的因素素有：.由向下傳傳播的錘擊擊壓力F（t1）在樁尖處處所激發(fā)產產生的質點點運動總速速度Vb11為：Vbb1=1/Z2F(t1)（3.3）.由由向下傳播播的拉力樁樁側土阻力力-1//2R側在樁尖處處所激發(fā)產產生的質點點運動總速速度Vb22為：VVb2==-11/Z21/2RR側=-1/ZZR側（3.4）.由向上傳傳播的壓力力樁尖土阻阻力R尖在樁尖處處所激發(fā)產產生的質點點運動總速速度Vb33為：Vbb3=-1//ZR尖（3.5）將三部部分進行疊疊加，則有有：V尖=Vbb1+Vbb2+Vb3=1//Z2F(t1)R側R尖=1//Z2F(t1)R總（3.6）（其其中R總=R側R尖）將式（4.6）代入入式（4.2）可得得：Rd=ZJJcVb=ZJJc1/ZZ2F(t1)R總=Jcc2F(t1)R總（3.8）因此有有：Rs=R總總Rd=R總總Jc2FF（t1）R總=(11+Jc))R總JcF(t11)+ZVV(t1))（3.9）（其其中F(tt1)=ZZV(t11)）將（44.1）代入入（4.9），并并整理得：：RRs=1/2((1-Jcc)F((t1)++ZV(tt1)++1/22(1+JJc)FF(t1++2L/C))-ZZV(t11+2L/C))==(1-JJc)F((t1)+(1++Jc)FF(t1+2LL/C)（3.10）式（44.10）就就是計算單單樁承載力力的基本公公式。3.4凱斯法法中幾種確確定承載力力的計算方方法在公式（3..10）的的單樁承載載力的基本本計算公式式中，需要要人為選擇擇的參數(shù)有有兩個：一一個是t11時刻的的選擇；另另一個是凱凱斯阻尼系系數(shù)Jc的選擇擇。不同具具體情況下下，有著各各自合適的的參數(shù)選擇擇方法，亦亦即不同的的計算方法法。3.44.1.阻尼系系數(shù)法（RRsp法）在（3.10）的單樁樁承載力的的基本計算算公式中，阻阻尼系數(shù)法法一般是選選取F～V實測曲線線中速度峰峰值所對應應的時刻為為t1時刻。在實實測曲線中中，在起始始階段，通通常速度曲曲線只有一一個明確的的峰值。但但有時也會會出現(xiàn)靠得得很近的雙雙峰，此時時一般選擇擇較高速度度峰值所對對應的時刻刻為t1時刻。不同的t1時刻刻選擇對計計算結果的的影響Vt位移DCd最終dMAXdt1QQOOABB時間圖3.2動位位移與速度度的關系(11).動位移與與速度的關關系：vv=ddd/ddtdd=vdt.從速度曲線線推斷動位位移曲線依據速速度曲線上上起始上升升、峰值、下下降、零值值、正值、負負值，將速速度曲線劃劃分成6個區(qū)段，如如圖3.22所示。.速速度是動位位移的變化化率，速度度值為正，說說明動位移移在增大。如如圖3.22中速度曲線線區(qū)段及位位移曲線的的OD段；.速速度值逐漸漸增大（值值始終大于于零）時，動動位移的增增大變化趨趨勢越來越越快（動位位移曲線的的斜率為正正，且較大大）。如圖圖3.2中速速度曲線區(qū)區(qū)段及位移移曲線的OOC段；.速速度值減小?。ǖ凳际冀K大于零零）時，動動位移的增增大變化趨趨勢越來越越?。▌游晃灰魄€的的斜率為正正，但變小?。Ｈ鐖D圖3.2中速速度曲線區(qū)區(qū)段及位移移曲線的CCD段；.速速度值最大大時刻，是是動位移變變化率最大大的時刻（動動位移曲線線的斜率最最大），但但不是動位位移最大時時刻（dtt1dMAAX或ACBDD）。如圖圖3.2中速速度曲線點點及位移曲曲線的C點；.當當速度為零零時，動位位移變化率率為零（動動位移曲線線的斜率為為零），此此時動位移移達到最大大值（dMMAX或BD），如如圖3.22中速度曲曲線點及位位移曲線的的D點；.當當速度值為為負時，動動位移在減減小。如圖圖3.2中區(qū)段；.當當速度由負負值變?yōu)榱懔銜r，動位位移變化率率為零（動動位移曲線線的斜率由由負變?yōu)榱懔悖瑒游晃灰屏坎辉僭贉p小，而而保持恒定定。此時保保持不變的的動位移量量d最終可認認為是樁身身最終貫入入度；dMMAX與d最終之差差就是土的的最大彈性性形變量QQ。.若若速度起始始段較陡（OA較?。瑒t往往速度峰值時刻，響應的位移量dt1（即AC）較小。.不同的t11時刻選擇擇對計算結結果的影響響在我國，絕大多多數(shù)高應變變動測工程程師都習慣慣于采用阻阻尼系數(shù)法法，即認為為在速度峰峰值時刻，所所激發(fā)出的的靜土阻力力為極限承承載力。事事實上，最最大位移常常常滯后于于速度峰值值，因此計計算的承載載力常常小小于極限承承載力。事實上上，在以下下情況下，在在速度峰值值時刻，響響應的樁與與土之間的的動位移量量dt1小于于土的最大大彈性形變變量Q，承載力力并未充分分發(fā)揮，采采用阻尼系系數(shù)法計算算結果就偏偏低：.大大直徑的排排土樁（QQ值較大）；；.高高錘擊數(shù)難難以貫入的的樁（Q值較大）；；.端端承樁（QQ值較大）；；.樁樁尖存在一一定厚度沉沉渣的鉆孔孔灌注樁（R尖滯后）。高Q值現(xiàn)象在F～VV實測曲線線上往往表表現(xiàn)出：RR尖較大，且且滯后于22L/C（在2L/C之后有有崛起的高高峰）。3.4.11.2阻尼系數(shù)數(shù)法中凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc取值一般認為：凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc主要與與樁尖土的的性質有關關。根據新新的上海市市工程建設設規(guī)范《建建筑基樁檢檢測技術規(guī)規(guī)程》（DGJ008-2118-20003J100287--20033），凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc取值如如表3.1所示。表3.1凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc參考值值土的類型阻尼系數(shù)中砂、細紗0.10～0..20粉砂0.20～0..40粉土0.30～0..50粘性土0.40～1..03.44.2負阻力補補償法（RRsu法法）動測時，如果樁樁身較長或或樁難以貫貫入（貫入入度很小），樁樁身的上部部就有可能能早于2LL/C時刻產產生向上的的反彈運動動，作用在在這些樁段段上的土阻阻力因而將將反方向加加到樁身上上。表現(xiàn)在在實測曲線線上，就是是在t1++2L/C之前，速速度為負值值。這時，凱凱斯法總土土阻力計算算公式所得得的總土阻阻力R總中將有有部分阻力力相互抵消消而使得其其結果比實實際情況低低。因而必必須進行修修正，方法法如下。tuu2UNNtu2L/C圖3.3土阻阻力修正圖圖如圖33.3所示，計計算出補償償阻力UNN，將起疊疊加到R總得：R’總總=R總+UN在阻尼尼系數(shù)法計計算公式中中，用R’總代替RR總，代入入公式(3..99)中計算算出的靜土土阻力用RRsu表示示。3.4.3最最大土阻力力法（RMMAX法）公式（3.10）計計算土的靜靜阻力中，t1時刻的選擇可以是任意的。在保持2L/C時間段長度不變的情況下，t1時刻選擇從速度峰值相對應的時刻向后延時，不斷進行計算，其中最大的靜土阻力就是RMAX。經驗表明：由最大土阻力法計算所得承載力偏高。因此在采用這種方法計算時，所取用的凱斯阻尼系數(shù)要比表4.1中的取值人為的增大0.2，而且不應小于0.4，以適當增大動土阻力，減低靜土阻力。應用范范圍：前面面3.4.11.1阻尼系系數(shù)法(3)中所述述4種不適用用于阻尼系系數(shù)法的樁樁（即大的的最大彈性性形變量QQ）及起始始段上升時時間很短土土阻力來不不及充分發(fā)發(fā)揮的樁，可可采用本計計算方法。4.4.4自自動計算法法（RAUU法）為了避避免由于憑憑經驗設定定Jc而帶帶來的計算算誤差，自自動計算法法自動消除除土的動阻阻力而直接接求得土的的靜阻力。即：Rss=RR總Rd當Rd=00時Rss=RR總而而土的動阻阻力Rd==ZJcVV尖，所以以若V尖=0，則Rd==0。由式（3.6）Rdd=Jcc2F(tt1)R總（3.11）由式（3.1）R總=FF(t1)+F((t1+2LL/C)代入（3..1）得Rdd=JJc2F(t1)R總=JJcF(t1)F(t1+2LL/C)因此，若若Rd=0必須F(t1)==F(t1+2LL/C)（3.12）公式（3.12）告告訴了我們們判斷Rdd=0的的方法：即即在F、F～t曲線上，如如果上行波波在t1++2L/C的值與與下行波在在t1的值相相等的話，則則Rd==0，如圖3.4所示。此此時應該為為端承樁。RAUU法計算時時，基本不不考慮樁側側阻力，主主要適用于于端阻力為為主的樁（樁樁尖速度為為零）。對對于存在一一定側阻力力的樁（樁樁側有動阻阻力），其其計算結果果偏保守。圖3.4判斷RRd=00的方法3.5高應變變動測樁身身結構完整整性判斷3.55.1表達式高應變變動測樁身身結構完整整性是用完完整性系數(shù)數(shù)表示。定義義為下上兩兩個截面的的波阻抗ZZ2、Z1之比。即即=Z22/Z1在先行行的高應變變動測儀器器中，完整整性系數(shù)都都可以自動動計算出。3.55.2完整性判判斷標準根據新新的上海市市工程建設設規(guī)范《建建筑基樁檢檢測技術規(guī)規(guī)程》（DGJ008-2118-20003J100287--20033），完整整性判斷標標準如表4.2所示。表3.2樁身完完整性判定定表被測截面處的值值缺陷程度樁身完整性類別別1.0無缺陷I0.8≤<1..0輕度缺陷II0.6≤<0..8明顯缺陷III<0.6嚴重缺陷IV3..5.3缺陷位位置x對應于缺陷位置置X的時間t，則X==Ct/22((3.13))3.6打樁樁錘擊壓應應力和拉應應力檢測最大錘擊壓應力力對于一般的摩擦擦樁：最大大錘擊壓應應力位于樁樁頭附近，其其值為樁頭頭處最大錘錘擊壓力除除以樁身截截面積。對于端承樁：最最大錘擊壓壓應力位于于樁尖，其其值為樁頭頭處最大錘錘擊壓力的的2倍除以樁樁身截面積積。2．最大錘擊拉應應力對于一般的摩擦擦樁，樁頂頂錘擊力以以壓力波的的形式向下下傳播，到到達樁底反反射為拉力力波，在時時刻t1+2LL/C返回到傳傳感器處，根根據公式((2.10))其值可以以直接從F、V曲線計算算得到，大大小為：F（t1+2L/CC）=（F（t1+2LL/C）﹣ZV（t1+2LL/C））/2考慮到樁側和樁樁端的比較較小時，該該拉力與下下行壓力波波的尾部疊疊加，就得得到樁身中中某處出現(xiàn)現(xiàn)的凈拉應應力。最大大拉應力的的大小為：：σ=min((F（t1+2LL/C）+F(t1+((2L-2xx)/C)//A≤0t11﹤t﹤t1+2LL/C或：σ=((F（t1+2LL/C）﹣ZV（t1+2LL/C）+F(tt1+(22L-2xx)/C++ZV((t1+((2L-2xx)/C)/2Ax—傳感器器安裝位置置到計算點點的距離A—樁身截截面積拉應力包包絡線樁底樁頭XVFFF-F（t1+2LL/C）F（2L-2X）/C2X//CFF（t1+2LL/C）2LL/Cx樁身拉應應力計算示示意圖3.7凱斯法小小結(1)).必須須重視凱斯斯法的應用用條件.高高應變試驗驗只適用于于彈性桿件件。對于攪攪拌樁、粉粉噴樁之類類塑性樁，應應力波傳播播不符合一一維波動方方程使用條條件，不能能進行高應應變試驗。.樁樁必須是細細長桿件。高高應變研究究應力波的的縱波，當當樁的長度度比其截面面直徑大得得多時（一一般細長比比應大于），橫橫向位移對對縱向運動動的效應可可以忽略不不計。在這這種條件下下才能應用用應力波理理論。那些些象圓桶狀狀的樁，進進行高應變變試驗是不不合適的。.樁樁身材料必必須均勻單單一。對于于復合型樁樁只能進行行曲線擬合合計算。(2)).凱斯斯法的優(yōu)點點.計計算簡單，在在選取了tt1時刻和和凱斯阻尼尼系數(shù)后，就就可得出承承載力值。.計計算速度快快、可提供供的參數(shù)多多，可作實實時分析，進進行打樁監(jiān)監(jiān)測。(3)).凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc的選擇擇在凱斯斯法承載力力計算公式式中，真正正需要人設設定的參數(shù)數(shù)只有凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc。凱斯阻阻尼系數(shù)JJc物理意意義：樁尖尖處持力土土層的凱斯斯阻尼系數(shù)數(shù)Jc，主要要取決于土土層的顆粒粒細度。粘滯阻阻尼系數(shù)JJv只與土土的性質有有關。由于于Jc=JJv/Z，所所以Jc就不僅僅與土的性性質有關，還還與樁的情情況有關。事實上上，為了使使計算公式式簡化，凱凱斯法在公公式推導前前作了一些些假定，通通常這些假假定與實際際情況是不不相符的，為為滿足計算算結果的精精度，就將將這些不相相符的影響響都反映到到凱斯阻尼尼系數(shù)Jcc中去。凱凱斯阻尼系系數(shù)Jc無量綱綱，實際就就成了一個個經驗系數(shù)數(shù)。凱斯阻阻尼系數(shù)JJc的取值值方法：.由由表3.11根據樁尖尖處持力土土層性質選選取。.通通過與曲線線擬合計算算結果對比比而獲得。.通通過與靜載載荷試驗結結果對比而而獲得。高應變試驗現(xiàn)場場實測4.1幾個基基本概念1.基樁的高高應變法動動測試驗是指采用重錘沖沖擊樁頂，使使樁周土產產生塑性變變形，實測測樁頂附近近所受力和和速度隨時時間變化規(guī)規(guī)律，通過過應力波理理論分析得得到樁土體體系有關性性狀。(1))重錘：：指相對于所試驗驗樁的極限限承載力而而言具有一一定重量的的錘。重錘選擇：.根據上海市市工程建設設規(guī)范《建建筑基樁檢檢測技術規(guī)規(guī)程》(DGJ008-2118-20003),“…錘重應不不小于預估估單樁極限限支承力的的1.5”。.作波動方程程分析（WWEAP程程序），選選擇錘重、落落高和墊層層材料等。目的：是為了保保證試驗具具有足夠大大的錘擊能能量，使得得樁周土產產生塑性變變形，又不不把樁頭打打壞。(2)).土體體塑性變形形：根據土體在受外外力作用下下應力～應應變關系曲曲線（如圖圖6.1所示），隨隨著作用力力的逐漸增增大土體由由彈性狀態(tài)態(tài)逐漸向塑塑性狀態(tài)轉轉變，當作作用力增大大至某一極極限值時，土土體進入塑塑性狀態(tài)。因因此樁周土土進入塑性性狀態(tài)時，動動測試驗所所得承載力力才為極限限承載力。根據試驗，土體體進入塑性性狀態(tài)前的的彈性形變變量，即最最大彈性形形變量（qquakee值）一般般為1英寸（2.544mm）。因因此動測試試驗一般要要求錘擊過過程中，樁樁的貫入度度大于2..5mm擊擊。但單擊擊貫入度也也不是越大大越好。若若單擊貫入入度太大，則則總承載力力中動阻力力所占比重重過大，會會降低靜阻阻力計算的的精度。考考慮到上海海地區(qū)樁的的特殊性（長長樁、大直直徑、承載載力要求高高）和動測測試驗的實實際情況，上海市工程建設規(guī)范《建筑基樁檢測技術規(guī)程》(DGJ08-218-2003)，“單擊貫入度宜控制在2mm～6mm”。R（靜土阻力力）QD（位移移）圖4.1.靜土土阻力～位位移關系2單樁極限限承載力(1)).靜載載荷試驗中中的單樁極極限承載力力通常所謂的“單單樁極限承承載力”都是相對對傳統(tǒng)的靜靜載荷試驗驗而言的。根據中華人民共共和國行業(yè)業(yè)標準《建建筑樁基技技術規(guī)范》（JGJ94-94）第2.1條，“單樁豎向極限承載力—是指單樁在豎向荷載作用下到達破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時所對應的最大荷載。它取決于土對樁的支承阻力和樁身材料強度，一般由土對樁的支承阻力所控制，對于端承樁、超長樁和樁身質量有缺陷的樁，可能由樁身材料強度控制?！?2)).動測測試驗中的的單樁極限限承載力動測試驗中的單單樁極限承承載力是指指地基土對對樁的極限限支承力。當當試驗過程程中樁身屈屈服時，其其承載力應應視具體情情況綜合判判定。動測試驗中的單單樁極限承承載力是指指在滿足樁樁身強度前前提下的地地基土對樁樁的極限支支承力。3.高應變動動測試驗的的功能(1)).確確定單樁豎豎向承載力力。采用實實測曲線擬擬合分析時時，可以得得到樁側與與樁尖土阻阻力分布，模模擬靜載荷荷試驗的PP～S曲線。(2)).檢檢測樁身結結構完整性性，判斷樁樁身缺陷程程度及缺陷陷位置。(3)).對對于打入樁樁，還有進進行打樁監(jiān)監(jiān)控：.打打樁時實時時檢測樁身身應力、傳傳遞能量、樁樁錘效率。.選選擇合理的的樁型和樁樁長。4高應變動測測試驗的資資料分析方方法(1)).Caase（凱凱斯）法(2)).曲線線擬合法4.2錘重的選擇擇見6.1節(jié)。4.3樁墊墊材料的作作用與選擇擇(1)).作用用.限限制、減緩緩錘對樁頭頭的壓應力力。.讓讓沖擊荷載載均勻分布布在樁頂平平面上。(2)).選取取可選用用纖維板、石石棉板、工工業(yè)毛氈等等；禁用橡橡膠皮（側側向變形大大，會拉裂裂樁頭）。鉆孔灌灌注樁試驗驗時，簡單單實用的樁樁墊材料就就是纖維板板和黃砂。4.4傳感感器的安裝裝(1)).距距離離開樁樁頂?shù)木嚯x離一般不宜宜小于2D(D為樁身截截面直徑))，在任何何情況下，都都不得小于于1倍樁徑。原因：：.避免應應力集中，使使所數(shù)據更更具代表性性。..避免樁樁頭破損時時，損壞傳傳感器。(22).位位置傳感器器應處于同同一樁身截截面，并呈呈對稱布置置。原因：：主要是消消除錘擊偏偏心的影響響。(經驗驗表明：錘錘擊偏心時時，兩邊兩兩個加速度度的值相差差不大；但但兩邊兩個個力值相差差明顯。由由此可知，在在實測時，選選用加速度度傳感器作作為觸發(fā)傳傳感器較好好)4.5參數(shù)的選選用1樁長在動測試驗中，樁樁的總長L必須是已已知的。高高應變動測測現(xiàn)場試驗驗打樁分析析儀中所輸輸入樁長必必須是傳感感器以下到到樁尖的長長度L’。LLL’入土深度度2樁身有效效截面積的的確定(1)).實心心樁（鉆孔孔灌注樁、預預制方樁）樁身截截面積實心心部分的面面積。(2)).管樁樁（鋼管樁樁、預應力力鋼筋混凝凝土管樁）樁身截面積就是是其壁的面面積。3傳感器器截面處樁樁身材料的的波速Cmm、彈性模模量Em的確定定(1)).經驗驗法根據以以往經驗確確定傳感器器截面處樁樁身材料的的波速Cmm、彈性模模量Em。(2)).計算算法彈性模模量Em和波速速Cm有公式式：Emm=Cmm2/g，在在實際試驗驗中，一般般是先確定定了波速CCm，再計計算彈性模模量Em。目的的是為了計計算出截面面處所受內內力Fm。Fm==AmEmmm(t))(4.14))如果傳傳感器截面面處樁身材材料的波速速Cm設定不不準，計算算的內力以以及隨后所所有的計算算結果就都都有一定誤誤差。這個個問題在實實測時可以以通過一定定的校核和和修正得到到改善，但但一般不能能完全解決決。4.平均波速速C的確定一般來說，鋼管管樁的材料料是比較均均勻的；但但混凝土樁樁則不然，可可能一節(jié)混混凝土樁樁樁的上下各各個截面處處的波速都都不一定相相等。同樣樣材料，不不同長度的的樁的平均均波速也可可能不同。在采用公式(33.1)計計算土阻力力時，式中中的波速CC是應力波波在樁身中中來回傳播播的速度，是是平均波速速。平均波速C主要要用于計算算時間TT=2L/C。平均波速C的確確定方法：：.當土阻力較較小時，可可以采用“峰～峰”法進行計計算。.當當土阻力較較大，特別別是樁尖土土阻力較大大時，采用用“峰～峰”法計算誤誤差很大（由由于Q值較大，樁樁尖土阻力力的峰值向向后延遲，采采用“峰～峰”法時，所所取用的‘2L/C’較真正的的2L/C要大），此此時應采用用上行波下下行波的“起跳點法”。.當當樁尖反射射不明顯時時，應采用用上行波下下行波的“起跳點法”。如圖4.5所示。圖4.5平均波速速的確定4.6資料料的初步分分析1正常實測測曲線的基基本特征(1)).曲線線基本光滑滑，無高頻頻振動。(2)).與相相鄰錘擊信信息相比，曲曲線形態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定，即具具有較好的的一致性（雖然錘錘子落高、土土阻力發(fā)揮揮不同，但但曲線形態(tài)態(tài)應相似）。(3)).在曲曲線起始段段（tr），F(xiàn)、V曲線重合合。(4)).在曲曲線尾部，F(xiàn)、V曲線歸零（取樣時間至少100ms）。F、V不歸零，說明傳感器位置可能有塑性形變--如開裂等。(5)).一般般F、V峰值應基基本相等。(6)).在0<t<<2L/C時間段，F(xiàn)、V曲線應逐逐漸分離，并并成比例關關系。典型的實測曲線線如圖4.6所示。圖4.6典型的的實測曲線線2計算用曲曲線選取的的基本原則則（1）初打打入樁樁a.具有較好好一致性的的正常曲線線。b.取最后一一陣（5-10錘）中能能量較大的的擊次。（2）復打樁及鉆鉆孔灌注樁樁理想想情況下：：一錘就產產生所需要要的貫入度度，樁周土土就進入塑塑性狀態(tài)。但但是實際上上難以達到到。(1)).對試試驗樁連續(xù)續(xù)錘擊，連連續(xù)量測，直直至樁周土土體破壞（產產生一定貫貫入度）。(2)).取此此過程中EEMX和承承載力最大大者（此時時土體剛剛剛破壞），如如土4.7所示。承載力取用該擊信息擊數(shù)圖6.7復打樁曲曲線取用6.7常常見幾種異異常曲線及及原因初探探(1)).樁樁身異常如圖4.8，反映樁身身處異常。分分析步驟：：x=1/2CCtAA0L/CC2LL/C圖4.8a.檢檢查4只傳感器器通道，保保證實測數(shù)數(shù)據質量可可靠。b.核實保證證2L/C設定正正確。c.首先判定定在A位置處異異常。d.若是鉆孔孔灌注樁，應應檢查在缺缺陷位置前前有無擴徑徑。如有，則則應結合擴擴徑、縮頸頸程度作出出判斷；如如無，則根根據完整性性系數(shù)值大大小作出缺缺陷程度判判斷。e.若是鋼管管樁，則直直接根據完完整性系數(shù)數(shù)值大小作作出缺陷程程度判斷。f.若是預制制方樁，應應先計算缺缺陷是否是是在接樁處處，若不是是，則直接接根據完整整性系數(shù)值值大小作出出缺陷程度度判斷；若若是，則：：可進行連連續(xù)量測，觀觀察異常AA處變化情情況。如果果異常A處波形穩(wěn)穩(wěn)定且值大大于0.66，那么異異常為接樁樁處縫隙反反映，樁身身完整；如如果異常AA處程度越越來越大，值越來越小，那么該處樁身破損了。沒有條件進行連續(xù)量測，只有根據值作出判斷。根據經驗值小于0.5，可判為樁身嚴重破損。而值大于0.6，那么異常很可能為接樁處縫隙反映，樁身應屬完整。(2)).如如圖4.9(11)，4.9(22)（1）（2）圖圖4.9V的峰峰值近為FF峰值的1//2，或F的峰值近近為V峰值的1//2。很可可能是其中中某一加速速度傳感器器或者某一一應變傳感感器不通了了。(3)).如圖4.10圖4.10有高頻震蕩蕩疊加在FF曲線上，很很可能是其其中一只FF傳感器松松動了。(4)).如圖4.11圖4.111在起始段，F(xiàn)、V曲線不重重合。很可可能是錘擊擊嚴重偏心心，一側力力信號出現(xiàn)現(xiàn)受拉。(5)..如圖4.12圖4.12F曲線線不歸零。通通常出現(xiàn)在在鉆孔灌注注樁測試中中。原因是是樁頭或傳傳感器位置置處出現(xiàn)裂裂縫，產生生塑性形變變，出現(xiàn)殘殘余應變。(6)).如圖4.13P圖4.13在峰值處，F(xiàn)、V出現(xiàn)較小差值P。原因：.傳傳感器離地地面很近，而而且表層土土很硬，傳傳感器很快快就接受到到了來自表表層的土阻阻力。.鉆鉆孔灌注樁樁，在傳感感器位置以以下很近處處樁身嚴重重擴徑。.如如果不是中中的原因，則則是波阻抗抗Z（=EmAA/Cm）選選用不當。4.8.對實實測F～V曲線的的進一步認認識（主要要是0t2LL/C時段）F～～V曲線中的的V曲線，實實際上是VVZ曲線。波波阻抗Z是由樁身身材料決定定的，是個個定值。采采用VZ，目的的是為了可可以與F作比較。將將F和VZ畫在同同一坐標系系中，比較較、分析起起來就大大大方便了。但但習慣上我我們仍將VVZ曲線稱為為V曲線。以以下仍沿用用該習慣。上行波、下下行波疊加加在F～V曲線上，對對F～V曲線的影影響及基本本表現(xiàn)我們已知：在在下行波中中，質點運運動的速度度方向與所所受力方向向始終相同同，且有FF=ZZv。在上行波中，質質點運動的的速度方向向與所受力力方向始終終相反，且且有F=--Zv。將所受壓力波，規(guī)規(guī)定為正。將所受拉力波，規(guī)規(guī)定為負。在高應變中，存存在著：下下行壓力波波、下行拉拉力波、上上行壓力波波和上行拉拉力波四種種運動形式式波。但是是無論是下下行壓力波波還是下行行拉力波，都都符合F=ZZv關系；；但是無論論是上行壓壓力波還是是上行拉力力波，都符符合F=-Zvv關系。把樁看看作是一根根自由桿件件（沒有土土阻力作用用），那么么在0t<<2L/C時段，就就只有錘擊擊力F(t))這個下行行波存在（此此時段樁尖尖反射還未未到達）。由由于F(t))=ZV（t），所以以在該時段段F、V曲線應該該是重合的的(如圖4.14所示示)。此時的的F、V都是壓力力波。02LL/C圖4.141.當有下下行的壓力力波F’(t))作用時，研研究這時的的F、V曲線的變變化情況此此時F總(t)=F(tt)+F’(t)；由由于F’(t)==ZV’(t)故故ZV總=ZVV(t)++ZV’(t)=F(tt)+F’(t)=FF總F總-ZV總=0(4.15))表現(xiàn)在在F～V曲線上就就是：F曲線增大大，向上平平移F’(t)；V曲線也增增大，向上上平移F’(t)?？傊?，F(xiàn)、V曲線同向向向上平移移F’(t)，兩曲曲線的相對對位置保持持不變。因此，凡是下行行的壓力波波，都將使使得F、V曲線同向向向上平移移，原有距距離保持不不變。2.當有下行行的拉力波波-F’(t))作用時，研研究這時的的F、V曲線的變變化情況此時F總=F(t)-F’(t)；由于[-FF’(t)]]=ZVV’(t)故VV’(t)==+[-FF’(t))]/Z==-FF’(t))/Z所以ZVV總=ZVV(t)++ZV’(t)=F(tt)-F’(t)=FF總F總-ZV總=0(4.16))表現(xiàn)在在F～V曲線上就就是：F曲線減小小，向下平平移F’(t)；V曲線也減減小，向下下平移F’(t)。總之之，F(xiàn)、V曲線同向向向下平移移F’(t)，兩曲曲線的相對對位置保持持不變。因此，凡是下行行的拉力波波，都將使使得F、V曲線同向向向下平移移，原有距距離保持不不變。3.當有上行的的壓力波FF’(t))作用時，研研究這時的的F、V曲線的變變化情況FF總=F(tt)+F’(t)；由由于V’(t)==-F’(t)/ZZ所以ZV總=ZVV(t)++ZV’(t)=F(tt)-F’(t)F總-ZVV總=2FF’(t)(3..17)表現(xiàn)在在F～V曲線上就就是：F曲線增大大，向上平平移F’(t)；V曲線減小小，向下平平移F’(t)?？傊現(xiàn)、V曲線是反反向平移，兩兩曲線互相相分離，分分離的幅度度為2F’(t)。因此，凡是上行行的壓力波波（如上行行的土阻力力波1/22Ri），都都將使得FF、V曲線反向平平移，兩曲曲線互相分分離，分離離的幅度為為2F’(t)。4.當有上行的的拉力波--F’(t))作用時，研研究這時的的F、V曲線的變變化情況FF總=F(tt)-F’(t)；由由于V’(t)==-[--F’(t)//Z]=F’(t)所所以ZVV總=ZVV(t)++ZV’(t)=F(tt)+F’(t)F總總-ZZV總=-22F’(t)((3.188)表現(xiàn)在在F～V曲線上就就是：F曲線減小小，向下平平移F’(t)；V曲線增大大，向上平平移F’(t)。總之之，F(xiàn)、V曲線反向向平移，兩兩曲線互相相靠攏，靠靠攏的幅度度為-2FF’(t)。因此，凡是是上行的拉拉力波（如如斷樁反射射），都將將使得F、V曲線反向向平移，兩兩曲線互相相靠攏，靠靠攏的幅度度為-2FF’(t)。6.9樁身身阻抗變化化在F～V曲線上表表現(xiàn)鉆孔灌灌注樁的擴擴、縮頸；；打入樁中中樁身破損損，都直接接反映了樁樁身阻抗變變化。在錘擊擊力F作用下，當當樁身阻抗抗變化時（上上部為Z11，下部為為Z2），反反射波F為：F=F(Z2-ZZ1)/((Z2+ZZ1)(44.19))(1)).樁樁身阻抗變變大（如鉆鉆孔灌注樁樁的擴頸）此時Z2>>Z1，Z2-ZZ1>0，F(xiàn)與F性質相相同。因錘擊擊力為壓力力波，所以以反射波為為上行的壓壓力波。根根據上述第第3點所述，該該反射波F會使得得：F曲線增大大，向上平平移F(t)；V曲線減小小，向下平平移F(t)?？傊現(xiàn)、V曲線是反反向平移，兩兩曲線互相相分離，分分離的幅度度為2F(t)。如圖4.15所示示。002LL/C圖4.15(2)).樁樁身阻抗變變?。ㄈ玢@鉆孔灌注樁樁的縮頸，打打入樁破損損）此時Z2<<Z1，Z2-ZZ1<0，F(xiàn)與F性質相相反。因錘擊擊力為壓力力波，所以以反射波為為上行的拉拉力波。根根據上述第第4點，該反反射波FF會使得：：F曲線減小小，向下平平移F(t)；V曲線增大大，向上平平移F(t)?？傊?，F(xiàn)、V曲線是反反向平移，兩兩曲線互相相靠攏，靠靠攏的幅度度為2F(t)。如圖4.16所示。02L/C圖4.1664.10樁樁側土阻力力在F～V曲線上的的表現(xiàn)在0<<T<2LL/C時段，土土阻力波中中只有樁側側各點處向向上傳播的的壓力土阻阻力波（==Ri/22）能傳到到樁頂，為為傳感器所所接受。因因此只有樁樁側各點處處向上傳播播的壓力土土阻力波影影響F、V曲線。根據上上述(3)所述，該該反射波11/2Rii會使得：：F曲線增大大，向上平平移1/22Ri；V曲線減小小，向下平平移1/22Ri?？偪傊?，F(xiàn)、V曲線是反反向平移，兩兩曲線互相相分離，分分離的幅度度為21/2RRi=Rii，即該點點的土阻力力值。由于從從樁身上部部到下部，土土阻力是累累計方式疊疊加在F、V曲線上的的。所以在在實測F～V曲線上時時間軸上某某點tm處F與ZV之差就就是樁身XXm（=Ctmm/2）以以上土阻力力之和。因此在在在實測FF～V曲線上沿沿時間軸（2L/C之前），我們可以觀察到從頂部到任意位置處的樁側土阻力(包括靜土阻力和動土阻力)累加值。4.11FF～V曲線上時時間軸t==2L/C處所包包含的信息息應力波波在樁身中中的反射如如圖4.17所示示。(1)).錘擊擊力的反射射波F1’錘擊壓壓力F（t1）經自自由端反射射為一向上上傳播的錘錘擊拉力F1’（t1）=-F（t1）,在時刻t1+2LL/C為傳感器器所接受。根據上節(jié)第(4)點所述，該反射波F1’會使得：F曲線減小，向下平移F（t1）；V曲線增大，向上平移F（t1）?？傊現(xiàn)、V曲線是反向平移，兩曲線互相靠攏，靠攏的幅度為2F（t1）。(2)).樁尖尖土阻力波波R尖樁尖土土阻力R尖為一向向上傳播的的壓力波。根根據上接第第(3)點所述述，該波RR尖會使得得：F曲線增大大，向上平平移R尖；V曲線減小小，向下平平移R尖?？傊?，F(xiàn)、V曲線是反反向平移，兩兩曲線互相相分離，分分離的幅度度為2R尖=2R尖。(3)).向下下傳播的土土阻力波RRi（=-RRi/2）的的反射波錘擊壓壓力波沿樁樁身向下傳傳播的過程程中，先后后被激發(fā)的的向下傳播播的土阻力力波Ri（=-RRi/2）在在時間為tt=L/CC時，同時時到達樁尖尖，其大小小為R=Ri=--R側/2。經自自由端反射射為一向上上傳播的壓壓力土阻力力反射波，其其大小R側/2。根據33.7.44.1第(3)點所述述，該波會會使得：FF曲線增大大，向上平平移R側/2；V曲線減小小，向下平平移R側/2?？傊現(xiàn)、V曲線是反反向平移，兩兩曲線互相相分離，分分離的幅度度為2R側/2=RR側。(4)).在t=2L/C稍前時時刻，F(xiàn)、V的差值還還包含了33.7.44.3中所述述的從頂部部到樁底的的樁側土阻阻力累加值值，即R側。(2))、(3)、(4)中的的三項都是是使得F、V曲線反向向平移而互互相分離的的，使曲線線分離的總總幅度為三三項的影響響值之和：：2R尖+R側+R側=2（R尖+R側）=2RR總。而(1)項是使使得F、V曲線同向向平移而互互相靠攏的的，F(xiàn)、V差值為-2F(t1)。綜合(1)、(2)、(3)、(4)四項，在在t=2L/C時刻，F(xiàn)、V差值為：：2R總總-2F(t1)(44.20))式(4.20)意味著著：在t==2L/C時刻，F(xiàn)、V曲線包含含著總土阻阻力、樁尖尖土阻力和和錘擊力的的信息。由由于錘擊力力的反射波波是使得FF、V曲線靠攏攏的，而總總土阻力和和樁尖土阻阻力是使得得F、V曲線分離離的。因此此如果F、V曲線在此此分離得越越開，就表表示總土阻阻力越高（進進而推知樁樁的承載力力越高）；；事實上由由于高的樁樁尖土阻力力所在土的的最大彈性性形變量QQ值往往也也大，需要要延遲適當當?shù)臅r間才才能充分發(fā)發(fā)揮，所以以較高的樁樁尖土阻力力往往出現(xiàn)現(xiàn)在t=2L/C時刻稍稍后處。由由此可認為為在t=2L/C時刻稍稍后處F出現(xiàn)高峰峰，往往就就是大的樁樁尖土阻力力的表現(xiàn)。入射波波反射射波F（t1）F[==-F（t1）]Rii（=Ri//2）Ri（=-Ri/22）Ri（=R//2）R尖（=R尖）圖4.17應力力波在樁身身中的反射射示意4.12幾幾種常見的的輸出結果果曲線的定定性分析1F～V曲曲線(1)).FF曲線的峰峰值就是傳傳感器位置置處的樁身身截面受到到的最大錘錘擊力。(2)).VV曲線的峰峰值就是傳傳感器位置置處質點運運動的最大大速度。(3)).在在0<t<<2L/C時段，F(xiàn)、V曲線分離離程度表明明了樁側土土阻力的大大小。分離離得越開，表表明樁側土土阻力越大大。(4)).在t=2L/C時刻，F(xiàn)F、V曲線分離離程度表明明了樁的總總土阻力及及樁尖土阻阻力（往往往稍微延遲遲）的大小小。分離得得越開，表表明樁的總總土阻力及及樁尖土阻阻力（往往往稍微延遲遲）越大。2下行波FF、上行波波F曲線(1)).下行行波F～t曲線反映映的就是錘錘擊力F（t1）隨時時間（僅00<t<22L/C時段）變變化關系。(2)).上上行波F～t曲線反映映的就是樁樁側土阻力力分布情況況（包含靜靜阻力和動動阻力）((僅0<t<<2L/C時段)。(3)).計計算平均波波速。3R～t曲曲線R～tt曲線中有有Rs～t曲線和R總～t曲線。(1)).RRs～t曲線較光光滑，說明明凱斯阻尼尼系數(shù)取值值是合適的的。(2)).RR總曲線與與Rs曲線之之差就是土土的動阻力力。(3)).RR總曲線與與Rs曲線交交點所對應應時刻就是是樁尖運動動速度為零零的時刻。此此承載力就就是自動法法（RAUU）值。.4D、EE曲線(1)).EE曲線中的的峰值就是是最大傳遞遞能量值。(2)).DD曲線中的的峰值就是是樁身最大大動位移量量。(3)).DD曲線中的的最終穩(wěn)定定值就是樁樁相對于土土的最終動動位移量，有有時可認為為是樁身貫貫入度。當當然取樣時時間必須足足夠長。事實上上，往往最最終動位移移量僅作為為樁身貫入入度的參考考值。因為為動位移是是由速度積積分而來，而而速度是由由加速度積積分而來。我我們實測的的是加速度度，加速度度信息可能能會由于樁樁身擴、縮縮頸、接樁樁縫隙等多多次反射而而畸變（屬屬正常曲線線），使得得計算的最最終動位移移量不能真真正反映樁樁身貫入度度；同時從從加速度到到速度，再再從速度到到位移，也也會因為累累計誤差或或取樣點的的減少而影影響計算結結果的可靠靠度。當然然由不正確確的加速度度實測信息息計算得到到的最終動動位移量的的可靠性就就無從談起起。因此，樁樁身貫入度度還是以實實測為準。第五章曲線線擬合法5.1基本模模型與凱斯斯法中所采采用的模型型相比較，曲曲線擬合法法中所采用用的樁、土土模型作了了很大改進進。主要有有：1.樁的模型型.樁樁身材料可可以是不均均質的（如如復合樁、擴擴底樁、樁樁身擴縮頸頸等）。.考考慮了樁身身材料內阻阻尼所造成成的應力波波衰減。③.將將樁離散為為一系列單單元長度為為1-2米的質彈系系統(tǒng)，單元元內部無阻阻抗變化；；應力波在在每個單元元內的傳播播時間相等等（均質樁樁單元長度度ΔL相等，非非均質樁ΔΔL不相等）。④樁樁的段數(shù)是是Np，樁側土土單元數(shù)是是Ns。Np可以等于于也可不等等于Ns。⑤每每個樁單元元i：單元長度：ΔLL=Δt*Cii1122．土的的模型3（1）基基本參數(shù)和和基本關系系↑↑R1在基本模模型中有三三個基本參參數(shù)：極限限靜土阻力力Rui、↑R2彈性性限度Qi和粘滯阻阻尼系數(shù)JiRRi=Rssi+Rddi設在第i樁段有有一土單元元k，已知樁樁段速度為為vi，Np-11↑↑RNS-11位移uiNp↑↑RNS以及粘滯阻尼系系數(shù)Ji，則第k土單元的的阻力為：：↑↑RNS+11Rk=Rssk+Rddk靜阻力：Rssk=Kssk*uui其中：Ksk==Rukk/Qii，為斜率率，即土剛剛度。且Rnk≤Rsk≤Rukk。RdRd=JJvv樁段RsivvRsuQDii圖5.1土的基本本模型（2）卸載與加載，反反復加載RRkRukRLKsskKK’skU位移加載彈限限qk卸載程度-Un××Ruk卸載彈限限qkm卸載比Un（UUN）上圖中，卸載程程度Rnkk=-UUn×Ruuk其中卸載載比Un:0≤Un≤1對樁尖土土而言,不可能產產生上拔力力,故卸載比Un=0。只有樁樁側土存在在卸載比Un，若Un=0則表明不不存在負阻阻力，若Un=1則表明存存在較大的的負阻力對對于易打樁樁，由于沒沒有回彈，所所以Un=0；對于難難打樁，Un=0～1。卸卸載比Un對計算曲曲線的影響響：對計算算曲線的后后部影響大大，減低Un時，將使使計算曲線線的尾部升升高。B.樁側最最大彈性形形變量qk（QS）qk的取值不不能為零，也也不能超過過樁段的最最大位移量量，否則將將導致該段段土阻力的的激發(fā)不充充分。qk大大時會延遲遲樁側土阻阻力的激發(fā)發(fā)。通常qk=2.544mmc．樁尖最大彈性性形變量qt（QT）樁尖最大大彈性形變變量qt的變化較較大，取決決于樁的尺尺寸和土性性。樁尖最大彈性形形變量qt必須小于于樁底的位位移。通常qt=2.544mmqk大時會延遲樁尖尖土阻力的的激發(fā)。D．樁側卸載彈限限比Ck（CSkn）當樁身身質點速度度為負時（0＜t＜2L/C＝，樁身身向上回彈彈，樁側卸卸載彈限qkm為：qkm=Ck××qkqk為樁樁側加載彈彈限Ck==qkmm/qqkCk用來規(guī)規(guī)定卸載彈彈限的大小小。其取值值為0～1。Ck小，則則卸載彈限限qkm小，則則導致快速速卸載，使使得計算曲曲線的中后后部減低。對于長摩擦樁而而言，若在在2L/C之前就出出現(xiàn)卸載，則則卸載彈限限比Ck就會影響響計算曲線線。E．樁端土卸載彈彈限比Ct（CToe）Ct的大大小為0～1。Ct小，則則導致快速速卸載，使使得計算曲曲線的后部部減低。F．反復加載程度度Lskn和LToee反反復加載程程度Lskn和Ltoe對計算曲曲線的影響響：一般情情況下對計計算曲線沒沒有影響，只只有當樁側側（端）的的速度經過過了一次正正值、一次次負值，再再一次正值值后，并且且卸載彈限限比比較小小時，才會會起作用。影影響計算曲曲線的后部部。G．土隙當樁尖與與土之間存存在間隙（Tgap）時，將將導致硬化化型土阻力力。RRKssk位移UtTgapp彈限qi此時靜土阻力：：Rsk==Kskk（Ui-Tgapp）若若Ui＜Tgap，則Rsk==0間間隙（Tgap）只影響響計算曲線線上2L/C附近。通通常產生間間隙的情況況：①難打樁②灌注樁存存在樁底沉沉渣H．土塞PL把土塞看看成是一種種外部的、被被動的阻力力作用，作作為擬合的的“微調”來使用。在j時刻刻，由于土土塞Ws作用在土土阻力RM為：RM=WWs（v尖j-v尖j-1）/gdttWs：土土塞重量；；v尖j：：j時刻樁尖尖運動速度度；g：重力力加速度；；dt：計計算步長。土塞PLL只影響計計算曲線上上2L/C附近I．土阻尼土的粘滯阻尼系系數(shù)Jv（線性性阻尼）量綱為：kNss/m。Rd=Jv×vvSmith阻尼尼系數(shù)Jss（SS，ST）量綱為：s/mm。Rd=Js×vv×Rs③Casee阻尼系數(shù)數(shù)Jc（JS，JT）量綱為：無量綱綱。Rd=Jc×zz×v它們之之間的關系系為：Jv=RRsuJss=ZJccRsu為土土體單元的的最大靜阻阻力。對于樁側，Jcc=∑（Jvi）/Z對于每個土單元元，Jci＜1，但是對對于整個樁樁側土來說說，Jc可以大大于1，對于阻阻抗教低的的長樁，甚甚至可以高高達3。推薦使用Smiith阻尼尼系數(shù)Jss。對于樁端，Jcc尖=Jvv尖/z通常Jc尖≤1通常情況下，選選用線性阻阻尼模型（OP=0）；當樁樁底的極限限土阻力第第一次就被被充分激發(fā)發(fā)的情況下下，選用SMITTH阻尼模型型（OP=1）；當樁樁底的彈限限相對較高高，或存在在土隙時，選選用SMITTH阻尼模型型（OP=1）或復合合阻尼模型型（OP=2）。阻尼系數(shù)對計算算曲線的影影響：①通常在0＜t＜2L/C范圍，增增大SS計算曲線線上移；增增大ST，計算曲曲線上在t=2L/C附近曲線線上移。②增大SS，改善計計算曲線尾尾部的震蕩蕩。③當計算的的錘擊數(shù)過過低，沒有有辦法使其其增大時，增增加SS。J．輻射阻尼使用條件錘擊貫入度很小小，樁、土土間沒有產產生剪切破破壞，如難難打樁、表表面非常粗粗糙的灌注注樁；使用用了輻射阻阻尼后，土土阻尼系數(shù)數(shù)SS、ST均應小于1.3；開口鋼鋼管樁、H型鋼樁，一一般不使用用輻射阻尼尼。模型用土體質量MSS、MT和阻尼系系數(shù)SK、BT代表。對于摩擦樁，使使用樁側輻輻射阻尼MS和SK；對于端承樁，使使用樁側輻輻射阻尼MT和BT；對于MS和SK取值如下：MS=110×樁的周長×N/22KNNN：樁單元元數(shù)/土單元數(shù)數(shù)SK=R33平均×N××φ/Z11R3平均=（R1+RR2+R33）/3R1、R2、R3為沒有采用輻射射阻尼時擬擬合，三個個最大的靜靜土阻力單單元的值，單單位KN/m。系數(shù)φ：4≤φφ≤8Z1：第一樁單元的的阻抗。③對計算曲線的影影響使用輻射射阻尼后，值值越小，會會使計算曲曲線上2LL/C前后下降降。K．樁身阻尼PII作用：平平滑擬合曲曲線，特別別是2L/C附近；延延遲應力波波的返回。一般取值值：對于鋼鋼樁：PI=00.01；對于預制制混凝土