桩顶动测三维效应分析

摘要

目前国内基桩完整性测试工作中，应力波反射法是最具有代表性、应用最广泛的方法，因其具有轻便、快速、经济、准确性较高等优点而得到了工程界的普遍认可。应力波反射法的理论基础是一维应力波理论，但该理论只是在锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比适宜时才近似成立，否则基桩动测问题实际上仍只能还原为应力波在柱体中传播的三维问题，由此导致的三维效应将严重影响到大直径桩和浅部缺陷桩的正常判读。 本文介绍了应力波反射法的理论基础，三维空间中的应力波以及三维应力波在界面处的斜反射特性。基于应力波理论，考虑计算精度和效能，借助新型有限元分析系统COMSOL Multiphysics对基桩动测过程进行了一维和三维（轴对称）动态仿真，给出了圆形完整桩一维和三维情况下的动力响应仿真曲线。数值计算结果和大量野外实验表明，由于三维效应的存在，桩顶不同部位速度响应不同且信号发生振荡，入射波在桩顶不同部位存在延时，反射波到时也存在差别。本文较系统地研究了这些三维效应随锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比的变化规律，给出了三维效应的动测规避方式。此外，针对基桩动测中的“影响深度问题”，以及自敲击点向四周扩散的直达波波形等做了进一步的讨论。 本文的研究成果可用于指导桩基检测实践，纠正检测领域一些错误的观点，以及为后续扭剪波完整性检测及频域分析等工作做技术上的准备。