高应变理论及实践
高应变法检测 方法
三、现场检测工作
1、准备工作
⑴收集资料
工程地质资料、建筑概况、桩位布置图，施工原始记录等， 进行现场调查，了解建筑工程特点。
⑵受检桩龄期应符合下列规定：
①受检桩的混凝土龄期达到28天或预留同条件养护试块强度 达到设计强度。 ②休止时间：砂土7天，粉土10天，非饱和粘土15天，饱和
三、现场检测工作
二、适用范围与限制条件
力学模型及其参数，而模型的建立和参数的选择只能是近似的 和经验性的，是否合理、准确需要大量工程实践经验积累来不 断完善。 灌注桩的截面尺寸和材质的非均匀性、施工的隐蔽性（干作 业成孔桩除外）及由此引起的承载力变异性普遍高于打入式预 制桩，混凝土材料应力—应变关系的非线性、桩头加固措施不 当、传感器条件差及安装处混凝土质量的不均匀性，导致灌注
一般来说，高应变法冲击荷载作用下，使桩土体系进入充分的 非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏，从而 充分地激发桩周土对桩的全部阻力作用。
一、高应变法的检测原理
1、概述
通过采集桩身截面在冲击荷载作用下的轴向应变和桩身运动的 时程曲线，获得该截面的轴向内力F(t)和轴向运动速度v(t),从 而观察到应力波在桩身中的传播过程。运用一维波动方程对桩 身阻抗和土阻力进行分析和计算,以判定桩身完整性和单桩承载 力。
且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同； ③桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应 在同一高度上。 ④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距桩 顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设 置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。 ⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。
在高应变试验中，有关土阻力应力波的重要推论有以下几点： ⑴在锤击力的作用下，桩身运动将激发土阻力而使桩身受到外 加的阻力波作用。 ⑵土阻力信号由检测截面的传感器接收，使得实测曲线包含了 试验时实际激发的土阻力信息。
城市应对高密度探索、应变、实践之简历
高密度探索、应变、实践之简历人类在空中诉求空间的现象并不新鲜，从公元前6世纪传说中的新巴比伦国王尼布甲尼撒二世为他的妃子建造的“空中花园”到今天已近建成成为世界上最高建筑的迪拜塔。
人类不管出于什么目的，探索建筑向空中发展，在空中寻找空间、挣脱重力的欲望一直趋动着建筑垂直立体的向上发展。
一个有趣的现象是，近百年来由高密度环境而激发的建筑应变与实践都伴随着每一次的经济与科学技术进步、城市扩张与人口膨胀及高速城市化，以及由此而产生的城市生产和生活环境的恶化、城市病的蔓延、社会危机、能源危机的爆发等等，掀起一次又一次的探索高潮，而随着每一次危机的缓解和因高密度所产生的弊端，这种实践热潮又渐渐消退甚至被抑制。
直到20世纪最后十年至21世纪初，从一些新呈现出的具有高密度环境特征的建筑应变与实践现象中，可以轻易发现它们存在的无法回避又迫在眉睫的理由。
其中最重要的因素莫过于全球人口的增长和城市化水平的提高，以及越来越突显的土地资源的匮乏。
如何容纳更多的人口以及创造高质量的城市生活是这个世纪以来最具挑战的课题。
今天重新审视历史上曾经经历过的探索与扩展空间的实践，是否可以从中找到一些形式背后被忽略或隐藏的意义呢？而这种意义对于今天探索高密度建筑学策略具备启发性和经验价值，并且透过表象可以揭示已经存在了的建筑学方法。
1 建筑应变与实践的初始阶段——未来城市和建筑的构想，1900s-1940s1.1 摩天大楼的启示1.1.1 “空中乌托邦装置”¬的幻想，沃克（A.B.Walker）,1909美国1909年3 月《生活》（Life）杂志房地产期刊刊登了一幅由沃克（A.B.Walker）制作的漫画，描绘了未来乌托邦空中住宅的构想。
这幅漫画虽然不具备现实性，但是它对如何复制和创造“地面”具有深远的意义和原理性启发。
它实质上补偿了高密度环境稀缺的原始地面空间。
正如MVRDV对此的评价“这种摩天大楼能让地球的表面无限的扩大。
基桩动力检测高应变检测技术基本原理
如图4.4所示，当速度波幅值突然增加且力值突然减小时（图中ta时刻），说明
图4.4 桩身缺损诊断
传感器接收到了一拉力回波，根据收到拉力回波的时刻就可以估计出该回波产生的位置，即桩身缺损使声阻抗变小的位置，缺陷的损坏程度用损坏截面的声阻抗值Z2与正常截面的场阻抗值Z1的比值β来描述，β通常称为桩身截面的完整性指标：
Capwapc分析方法的思路是根据实测的应力的速度曲线中，选一条曲线进行相应的波动计算，将求得的另一条计算曲线与实测曲线相比较拟合。也可以通过应力和速度曲线求解上行波和下行波相拟合进行，即从上行波曲线（或下行波曲线）出发，对各种参数进行设定，计算出下行波（或上行波）曲线，把计算结果和相应的实测曲线进行比较，根据对比的差值，自动修改数学模型，再进行下一次的计算拟合，如此把复进行，直至达到拟合效果满意（拟合指数Match Quality<10）为止，才能最终确定符合实际桩土体系的各种参数，但必须指出最终设定的各种参数应基本符合桩周土的分布规律。可见这种算法是以实测值作为客观标准来反演桩土参数。经过多次拟合，最终得到桩身剖面形状、土参数分布（如土阻沿桩身分布）和根据桩土参数进行静力分析模拟出的静荷载一沉降曲线。此外，由于求解是对整个波动过程进行的，因而还能给出桩身任一深度处的动力学和运动学参量随时间的变化，应该注意到：参数选取是否合理与分析人员素质与经验的丰富程度有很大关系，所得拟合效果因人而异。因此，尽管拟合法的标准唯一，但实际上解并非唯一，只可能将不同的解控制在一定的变异范围内。
也可表达为F=ZV
Z为桩的阻抗（单位为N·S/m）
E为桩的弹性摸量（单位为N/m2）
A为桩的横截面积（单位为m2）
为桩的质量密度（单位为Kg/m3）
（五）应力波的反射与透射
《高应变法检测》课件
对桩身材料的要求
高应变法检测对于桩身材料的强 度和刚度有一定的要求，如果桩 身材料质量较差，可能会影响检 测结果的准确性。
对锤击力的控制
高应变法检测需要控制锤击力的 大小和方向，如果锤击力控制不 当，可能会影响检测结果的准确 性。
05
高应变法检测的发展趋势与 展望
技术发展趋势
智能化发展
高应变法检测技术将进一步集成 人工智能、大数据和物联网等先 进技术，实现检测过程的自动化
案例特点
在某大型水库大坝的稳定性监测中，高应变法实 时监测了大坝的位移和沉降变化，及时发现并预 警潜在的安全隐患，确保了大坝的正常运行和下 游安全。
04
高应变法检测的优缺点
优点
快速准确
适用范围广
高应变法检测具有快速、准确的优点，能 够迅速判断桩基的承载力和完整性，为工 程提供可靠的数据支持。
高应变法检测不仅可以用于桩基检测，还 可以用于桥梁、房屋等建筑物的检测，适 用范围广泛。
高应变法具有较高的测试精度和可靠性，因此在土木工程、地质工程等领域得到了 广泛应用。
02
高应变法检测设备与操作
检测设备的组成
01
02
03
传感器
用于采集地震波信号，通常由 加速度计和力传感器组成。
数据采集器
用于接收传感器信号，进行数 据转换和记录。
计算机
用于处理和分析采集到的数据 ，生成检测报告。
设计和加固提供了重要依据。
案例特点
适用于高层建筑、超高层建筑的结构安全评估和抗震 性能检测。
案例三：大坝检测
总结词
稳定性好、实时性强
适用场景
适用于各种类型的大坝，尤其是大型水库大坝的 结构安全监测。
基桩高应变法检测
《规范》JGJ106-2003以强制性条文做出 如下规定： 当出现下列情况之一时，高应变锤击信号 不得作为承载力分析计算的依据： 1 传感器安装处混凝土开裂或出现严重塑 性变形使力曲线最终未归零。 2 严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超 过1倍。 3 触变效应的影响，预制桩在多次锤击下 承载力下降。 4 四通道测试数据不全。
.土阻力 在低应变检测中，土阻力的作用被忽略，视弹性波 的传播局限在桩身内部。但是土阻力对弹性波传播 过程的影响是确实存在的。高应变检测中无法忽视 土阻力的存在，因为检测桩承载力的过程主要就是 分析研究桩周围土静阻力发挥作用的过程。土阻力 对弹性波传播过程的影响是非线性的（详细可见有 关专著）。这里，强调应力波在传播时，土阻力的 变化同样会产生反射与透射，会产生类似杆件的阻 抗（E、A、）中任一项或几项的变化的反射与透射。 高应变检测技术的难点不仅要识别阻抗（E、A、） 的变化，还要识别和计算土阻力的变化；还有一个 难点是把土体振动时动态的土阻力（阻尼）如何等 效为土的静阻力。
vR 与vI符号相反
波之间关系。 在实际桩的动力检测时，施加于桩顶的荷 载为压力，按习惯定义位移u，质点运动速 度V和加速度a以向下为正（即x轴正向）， 桩身轴力F，应力σ和应变ε以受压为正。 （1） 当初始入射波FI沿x正向（向下）传播 尚未到达阻抗变化界面前，下行波就是入 射波，无上行波； （2） 入射波到达阻抗变化界面将产生反射 和透射，反射力波FR沿阻抗为Z1的杆x轴负 向（向上）传播，称为上行波；透射力波 FT沿阻抗为Z2的杆x轴正向（向下）传播， 此时下行波就是透射波。
.振动速度V 和 力F 的关联。根据虎克定律，应力与应
变之比等于弹性模量E.
.下式中等号右边第一项称为下行力波Fd（也简称为下
浅谈高应变理论及实践
浅谈高应变理论及实践摘要：本文通过对高应变动力测试的理论阐述，正确理解其工作原理，结合实际测试经验，浅谈实际应用体会。
关键词：行波土阻力曲线拟合贯入度1前言由于土层的力学性质复杂，确定桩的承载力是一个较困难的问题，方法基本上分为两类：一是通过静动试验直接测定桩的承载力；二是通过室内和原位试验测定土的物理力学参数，然后根据土力学理论估算桩的承载能力。
动力测桩的方法有很多，但理论依据基本一致。
1.1 上下行波对桩的一系列假设，得到C2 = （1）对（1）求解可以得到行波通解u（x , t）= f (xct) + g (x +ct)(2)对于沿x轴正方向传播的波f (x-ct) 有V+(t) ==c f (x ct) （3）力为F+ (t)=EA=EA f (x ct)(4)以知Z=EA/C 得F+(t)= Z V+(t)（5）同理对g (x +ct) 有F (t)= Z V (t) （6）对行波通解(2)有V(t)= =+= V+(t) + V (t) （7）F(t)= EA= EA += F+(t) + F (t) （8）（7）式的两边同乘以阻抗Z 与（8）式联立求解得F+(t)=F(t)+ Z V(t)（9）F(t)=F(t)Z V(t) （10）（9）和（10）就是上行力波F+(t)和下行力波F(t)。
1.2土阻力所产生的行波土阻力在桩身中所产生的应力波见下图桩侧土阻力产生的质点速度V = Vu + Vd= （11）2 case法承载力的计算case法是个简化的方法，利用在许多假设条取的一个封闭解。
在锤击过程中任选一时刻t1,且0 t1≤2L/c。
考虑时刻t2= t1+2L/c 上行波F(t2)Z V(t2)(12)由三部分组成：F(t2)Z V(t2) = R上+ Fi + R下(13)全部桩周土阻力R的上行压缩波R上，下行拉伸波在桩底的反射波R 下,入射波在桩底的反射波Fi。
结合（11）式得R= F(t2)Z V(t2)Fi(14)拉伸波Fi= F(t1)+ Z V(t1)代入(14)得R=F(t2)Z V(t2)F(t1)+ Z V(t1) (15)静阻力Rc = RRd 动阻力Rd =J Vtoe =JcZ (2V(t1) R/Z) 结合(15) 得Rc.=.(1 Jc)F(t1)+ Z V(t1) +(1 + Jc)F(t1+2L/c)Z V(t1+2L/c)(16) 3实测曲线拟合法判定桩承载力波动方程由两个方程组成，牛顿第二定律+ρA+R=0（17）虎克定律+=0 （18）(0，L) ，t(0，T)边界条件p (0，t) = F (t) v (0，t) = V (t)初始条件p (，0) =0v (，0) = 0未知函数是桩截面上的力p (，t)和截面速度v (，t)。
高应变讲稿-徐国华
高应变测试基本理论及方法一、高应变测试的基本概念用重锤（1%~1.5%）锤击试桩桩顶，使试桩与桩周土发生塑性变形，量测桩顶附近力、速度的时域曲线，通过CASE法或曲线拟合计算法计算试桩的竖向抗压承载力、桩身完整性、最大锤击压应力、最大锤击拉应力、锤击能量传递比等。
二、应力波在桩身中的传递2.1桩身中的应力波为上行波和下行波的叠加，任意一点在某一时刻的力、速度可由下式表示：F=F↑+F↓，V=V↑+V↓F↑=-ZV↑，F↓=ZV↓F以压应力为正，拉应力为负，在下行波中，质点运动速度方向与受力方向一致。
在上行波中，质点运动速度方向与受力方向相反。
根据桩身中实测的力、速度，根据下式反算上行波、下行波的力速度：F↑=（F-ZV）/ 2F↓=（F+ZV）/ 2Z为桩身阻抗由下式计算：Z=EA/C=ρC2A/C=ρAC=(γ/g)AC式中：Z----桩身材料波阻抗，kN⋅s/m。
E----桩身材料弹性摸量，kPa。
C----波速，m/s。
A----桩身截面面积，m2。
ρ----桩身材料质量密度，kg/m3。
γ----桩身材料重度，kN/m3。
g----重力加速度，m/s2。
不同桩型典型桩身材料重度下表所示。
典型桩身材料重度计算阻抗注意的几个问题：(1)单位：(2)面积空心管桩或钢管桩计算小圆面积时扣掉了一边的壁厚。
2.2应力波在自由端、固定端的反射(1). 杆件底部为自由端F↓F,v F↑界面边界条件为：F=F↓ +F↑=0因而：F↑ = -F↓亦即：-Zv↑= -（Zv↓） v↑ =v↓因此：v=v↓ +v↑=2v↓结论：应力波到达自由端后，将产生一个性质相反、幅值相等的反射波。
即压力波产生拉力反射波；拉力波产生压拉力反射波。
在杆端处，由于波的叠加，使杆端处质点运动速度增加一倍。
(2). 杆件底部为固定端F↓F,v F↑界面边界条件：v=v↓ +v↑ =0因而：v↑ = -v↓亦即：- F↑ /Z = -（F↓ /Z） F↑ =F↓因此：F=F↓ +F↑ =2F↓结论：应力波到达固定端后，将产生一个性质相同、幅值相等的反射波。
高应变测桩理论与实践
法 、 质及 施 工 等 资料 对 其进 行 综 合 分 析 ， 出客 观 判 断 。 地 做
关键词 ： 感器安装 ； 传 实测 曲线 ； ＡＳ Ｃ Ｅ法； 曲线拟合法 ； 贯入度 ； 单桩 竖向承载力 ； 桩土体 系； ａ ｅ Ｑ ｋ 值
１ 概 述
续锤击下 ， 桩的数据一般保持其稳定性和重复性 。特殊的有合乎 规律的变化 ， 东莞 虎门 ４ 桩 随着 锤击数 ， 降先大 ， 减少 ， ９ 沉 后 到 停止 ，． ｍ处 （ 头处 Ｌ一９ ０ ０ ０ 缺 陷逐 渐 闭合 ， 载力 ９０ 接 ． ＋１ ． ｍ） 承 也相应提高 ； 如东莞横 沥 ４ 桩桩下沉 ， 载力提不起来 ， 尖处 ６ 承 桩 的桩土应该是软弱部位 ；
①地表有 较 大 的 土阻 力 （ 地表 硬 层 ， 如 Ｆ峰 值高 于 Ｚ 峰 Ｖ
值 ） ；
②安装面 以下不远处有变阻抗 ， 如果缩径 ， 速度 曲线将偏高 ， 如遇扩径 ， 曲线将偏 高。桩身在人土后也会 附一部 分土而实际 力 形成轻微的扩径 ， 而使力信号 的峰值略高于速度信 号的峰值 ； 从 ③ 采样时初始输入号数有误（ 标定常数 、 波速 、 安装 截面各数
３ 现 场 检 测 的关 键环 节 （ ） 感 器 的安 装 环 节 ： 直 安 装 面 要 平 整 ， 变 环 节 ４个 １传 垂 应
论证 明 ， 在只有下行波作用 时 ， 同一截 面上 的力 和速度应 该维持 下述 关系式 ： ＝２ Ｆ Ｖ。由此可见 ， 对一个桩 身没问题 ， 表附近没 地 有很 大的土阻力 ， 冲击 的压 力波 向下 传输 的一时 间内 ， 该没 在 应 有上 行波 产生 ， Ｆ和 Ｚ 故 Ｖ两 实测信 号在 其开 始段应 该是 重合 的， 这种重合关系将 一直保 持 到土 阻力所 引发 的上 行 波到 达为 止（ 或桩 身阻抗变化） 。而如果实测 的曲线在 开始不重合 ， 因于 归
《高应变法检测》课件
六、总结与展望
通过本课件，我们总结了高应变法检测的工作原理和常用技术，并展望了它在未来的发展前景。感谢您的关注！
谐波分析法
通过分析结构产生的谐波信 号，确定其应变的变化及可 能存在的损伤。
基于FFT的方法
利用快速傅里叶变换技术， 将结构的应变信号转换为频 域表示，以检测潜在问题。
三、高应变法检测的优点和局限性
优点
• 非侵入性检测 • 高精度和准确性 • 应用范围广泛
局限性
• 对环境干扰敏感 • 复杂数据处理 • 设备和技术要求较高
《高应变法检测》PPT课 件
欢迎来到《高应变法检测》PPT课件！本课件将带您深入了解高应变法检测的 应用与技术，并展示实际案例和未来发展趋势。
一、介绍高应变法检测
高应变法检测通过测量物体产的应变来评估其性能和结构健康状况。了解 其应用领域和工作原理。
二、高应变法检测常用的技术
迪恩不变量法
一种基于数学原理的高应变 法检测技术，可用于分析结 构的变形和应力。
四、高应变法检测的实际应用案例
实际应用案例1
使用高应变法检测技术对桥梁结 构进行监测和评估，以确保安全 性和可靠性。
实际应用案例2
实际应用案例3
在风力涡轮机叶片中应用高应变 法检测，以检测叶片疲劳和损伤。
将高应变法检测技术应用于飞机 机翼，以评估结构健康和性能。
五、高应变法检测的未来发展趋势
高应变法检测在工程领域具有广阔的未来发展前景。了解其未来发展方向和应用领域。
高应变理论_总
（60）
{
解上面联立方程可得
P 1 − P 2 = P 2 − P 1 Z Z P 1 1 P 2 = 1 P 2 P 1 Z2 Z2
（61）
{
Z 2− Z 1 2Z1 P 1 P Z 1 Z 2 Z 1 Z 2 2 2Z2 Z −Z 2 P 2 = P1 1 P Z 1 Z 2 Z 1 Z 2 2 P 1 =
（35）
将（35）式代入式（29），可得
∂ u , =0 ∂ ∂
2
（36）
从而得到解的形式为 （37） 这表明，行波可以分解为下行波与上行波，并分别同时向相反的方向传播，而任意截面的 位移应为上行波与下行波的合成，分别以“ ”和“ ”表示波的上行和下行，于是 u x , t = u u = f x −Ct f x Ct （38） 同样，对于应力波、速度波也有 x , t = （39） V x , t =V V （40）
（45）
从 Z 的表达式中可以看出，它的大小只与桩体本身的特性有关，反应的是行波产生的力 对行波速度的响应，依照阻抗的定义方法，可将 Z 定义为桩的声阻抗。 对于上行波同样有
∂ g x Ct = g ' x Ct ⋅C =Cg ' ∂t −∂ g x Ct = =−g ' x Ct ⋅1=− g ' ∂x AE P = AE =− AE⋅g '=− V =−ZV C V =
x = l 处，边界条件为
（15）
∂ u x ,t ∂u
∣
=0
（16）
x =l
将（15）和（16）式代入（9）式第一式，可得 B1= 0 及， 统有非零解，则必有
高应变、低应变(讲课)
静动法，也称伪静力法，其意义在于延长冲击力作用时间（100ms）使之更接近于静载荷试验状态。
1
2
3
4
5
6
已有的方法
CASE法和CAPWAP法是目前最常用的两种高应变动力试桩方法，也是狭义的高应变动力试桩法。
1
它们的现场测试方法和测试系统完全相同，通过重锤冲击桩头，产生沿桩身向下传播的应力波和一定的桩土位移，利用对称安装于桩顶两侧的加速度计和特制工具式应变计记录冲击波作用下的加速度与应变，并通过长线电缆传输给桩基动测仪；然后采用不同软件求得相应承载力和基桩质量完整性指数.CASE法由于分析较为简单，可在现场提交，高应变动力试桩现场测试示意图结果，因而也称波动方程实时分析法；而拟合法因要进行大量拟合反演运算，一般只能在室内进行。
嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/C后无明显端阻力反射,也可采用钻芯法核验。
限制条件
THE END THANK YOU !
桩身阻抗基本恒定；
动阻力只与桩底质点运动速度成正比，即全部动阻力集中于桩端；
土阻力在时刻t2=t1+2L/C已充分发挥；
Jc值实际上是一个无明确意义的综合调整系数。
1
2
3
4
5
CASE法判定单桩承载力
桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。
桩身缺陷对水平承载力有影响。
单击贯人度大，桩底同向反射强烈且反射峰较宽，侧阻力波、端阻力波反射弱，即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合。
01
所以，需要更具体地考虑以下几方面问题：
02
Case承载力计算方法
在试验过程中，桩周土应出现塑性变形，即桩出现永久贯人度，以证实打桩时土的极限阻力充分发挥；否则不可能得到桩的极限承载力。
高应变动力测试技术的应用探讨
高应变动力测试技术的应用探讨引言：桩基工程中单桩垂直承载力是否满足设计要求是桩基工程质量检测中的主要问题之一。
目前检测单桩垂直承载力是否满足设计要求所采用的主要方法有静载荷试验法和高应变动力检测法。
高应变动力检测法确定单桩垂直极限承载力具有独特的优点，即无需静载试验中的锚桩或堆载物，时间短、费用低、效率高，因此应用越来越广泛。
本文结合桩基工程检测实践，介绍了高应变动力测试技术在桩基工程检测的应用，并对提高高应变动力测桩技术的可靠性进行了探讨。
一、高应变动力法的概念和原理高应变动力法测试技术是20世纪70年代左右产生于美国，80年代进入我国。
并于90年代在我国迅速的发展，涌现了一批应用该技术的软件和仪器。
高应变动力法测试技术的主要原理，是通过对桩基进行应力波和速度波的激发，并在桩基顶部进行接收和测量，以达到确定桩基承载力的目的。
这种方法对桩基测验的要求较低，并且能够适应在多处桩基的测验中，目前较为成熟的测验方法有凯斯法理论、实测曲线拟合法理论、阻力系数法等。
二、高应变动力检测技术的方法2.1 阻力系数法阻力系数法是一种通过一维波动方程计算而获得岩土对桩的撑阻力的新方法。
它有3条基本假定：桩身是等阻抗的；桩周与桩尖土对桩的运动阻力分为动阻力和静阻力两部分，动阻力全部集中在桩尖，忽略桩侧土阻力；静阻力模型为理想刚塑性体，忽略应力波在传播过程中的能量损耗，包括桩身中内阻尼损耗和向桩周土的逸散。
2.2 波形拟合法目前被认为是确定单桩承载力最准确的方法。
它是通过现场把实测力波和速度波输入计算机进行迭代计算，把桩-土系统变为离散的质弹模型，假定各单元桩和土参数，以实测的桩顶速度波（或力波）作为边界条件，用特征线法求解波动方程，反算桩顶力波（或速度波），使计算的波形和实测波形拟合。
若两者不吻合，调整桩土参数，再次计算，直至吻合。
此时各参数是最佳估算值。
最终求得承载力、侧阻分布和计算的p- s曲线。
2.3凯斯法理论凯斯法理论是一种建立在应力波理论的基础上的检测方法，凯斯法将所要测试的单桩当作一种连续的弹性杆件，并将其当作等截面桩。
高应变法在实践工程中的应用
高应变法在实践工程中的应用摘要：高应变法检测对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定在全国的应用较多。
本文详细介绍了该法的定义，应用范围及现场检测流程，在实践工程中的应用，重点剖析高应变法测试曲线特点及其在工程实践中的特点，以便该法在基桩检测中应用进行推广。
关键词：高应变法；基桩承载力；拟合分析引言：基桩承载力的确定方法有两种：静载荷试验与高应变法（仅抗压）。
静载荷试验是判定基桩承载力现在最直观最可靠的试验方法，缺点是费用高，机动性不高，对场地要求很高，高应变法则费用低，速度快，机动性高，对场地要求较低，缺点则是抗干扰能力弱，不确定性高，对检测人员技术水平要求更高。
高应变法往往是作为判定基桩承载力的补充手段，可与静载荷试验进行动静对比，以便更好的进行判定基桩承载力。
希望本文可以加强我们对高应变法测试单桩竖向承载力和桩身完整性类别有更好的认识，为基桩检测提供一定的认识和理论依据。
一、定义高应变法：用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。
二、抽检原则1.施工质量有疑问的桩；2.设计方认为重要的桩；3.局部地质条件出现异常的桩；4.施工工艺不同的桩；5.承载力验收检测时适量选择完整性检测中判定的Ⅲ类桩；6.除上述规定外，同类型桩宜均匀随机分布。
三、适用范围高应变适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监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。
高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。
四、现场检测流程1、准备工作⑴收集资料工程地质资料、建筑概况、桩位布置图，施工原始记录等。
⑵受检桩龄期应符合下列规定：受检桩的混凝土龄期达到28天或预留同条件养护试块强度达到设计强度。
休止时间：砂土7天，粉土10天，非饱和粘土15天，饱和粘土25天。
⑶桩头处理对所需检测的单桩做好测前处理，要求桩顶面应平整，并与桩轴线垂直。
高应变课件)
高应变动力试桩的试验与分析方法
1．概述 2．高应变动力试桩原理
3．高应变动力试桩现场检测技术 4．测试数据的分析与判定
5．工程实例 6．对高应变动力试桩现状的几点意见
1．概述
1．1发展历史 1) 起源于动力打桩公式（打入式预制桩、钢桩） 桩锤为刚体、牛顿刚体碰撞理论、能量和动量守恒定理 测试桩的贯入度、回弹量、锤的落高、回跳高度 结合与锤或土有关的经验系数，预测或评价单桩承载力 2) 实际桩为弹性体，当锤击力脉冲较小，桩长较长时， 桩身中将有纵向振动波传播 1960年，Smith的桩锤-桩-土系统的集中质量法差分求 解波动方程
1．3 主要功能 1)试打桩和打桩监控（静载试验不具备此功能）
监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
2)检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性 当初，主要用于打入式预制桩、钢桩 引入我国后推广到灌注桩（钻孔灌注桩和 沉管灌注桩），分析精度较低
1．4 主要优缺点
（3）大直径扩底桩和Qs曲线具有缓变型特征的大直径 灌注桩不宜采用。
2．高应变动力试桩原理
桩的粘弹性模型 桩土体系弹塑性模型
2．1 一维波动方程及其解答 2．2 应力波的反射和透射
2．3 基于一维波动理论的桩-土相互作用的数值解模型 2．4 CASE法计算桩承载力 2．5 桩身完整性分析 2．6 打桩拉应力测量 2．7 实测曲线拟合法判定单桩承载力
考虑静阻力发挥程度的影响 正确选择t1时刻，使RT中所包含的静阻力充分发挥 最大阻力修正法（RSM法）
对于桩先于2L／c回弹，造成桩中上部土阻力Rx卸载，需做出修正
卸载修正法
4) 试验中，桩周土应出现塑性变形，即桩出现永久贯入度， 使土极限阻力充分发挥；否则不能得到桩的极限承载力。 5) 应有一个休止时间使土体强度恢复，通过复打确定桩 的承载力。
高应变原理
高应变原理是材料力学领域的一个概念，用于描述材料在受到外力作用时所表现出来的塑性变形能力。
这个概念对于材料研究和工程设计都有着重要的意义。
第一段：什么是高应变原理？
高应变原理是指当一个材料受到外力作用时，在其塑性变形的过程中，会产生一种特殊的应变状态，即高应变状态。
这种状态通常发生在材料的一些局部区域内，而且具有很高的应变值，可以达到材料的极限塑性变形能力。
第二段：高应变原理的应用
高应变原理有着广泛的应用，尤其是在材料工程领域。
例如，在金属加工方面，高应变原理可以用来设计高强度、高韧性的结构材料。
在制造纳米材料方面，高应变原理也可以用来增强材料的力学性能和物理性能。
第三段：高应变原理的研究方法
研究高应变原理通常需要使用高精度的实验仪器和先进的计算模拟方法。
利用这些方法可以获得材料在不同应变状态下的力学性能和物理性能数据，从而深入理解高应变原理的本质和作用机制。
第四段：高应变原理对材料设计的意义
高应变原理对材料设计有着重要的意义。
例如，在材料的化学成分设计方面，可以通过选择合适的元素组合来改善材料的塑性变形能力。
在制造金属材料的过程中，可以通过控制加工过程来优化材料的高应变性能。
第五段：高应变原理面临的挑战
尽管高应变原理已经在材料领域中得到广泛的应用，但其研究仍然面临着一些挑战。
例如，在低温和高载荷条件下，材料的应力应变曲线可能会产生显著的非线性行为，从而对高应变原理的应用和理解带来一定的困难。
总之，高应变原理是材料力学领域中一个重要的概念，通过研究它的本质和应用，可以为制造高性能的材料和结构提供重要的指导。
高应变资料整理
基本概念：1、波动—任何连续介质内质点的振动都会向四周传播扩散，波动就是这种局部振动向四周的传播过程。
介质必须是连续的，波动中的质点仅在它们各自的平衡位置附近振动，并没有随振动的传播而流动。
2、弹性波—波在各种形态的连续介质中都可以生成。
如果介质的应力应变始终处于其材料弹性范围内的波动，被称为弹性波。
就可以应用弹性力学来进行描述。
3、应力波声波在固体中传播的弹性波称为应力波；在流体中传播的弹性波称为声波。
体波和面波体波：就是能够在弹性介质内部任何部位传播。
体波有纵波（P波）和横波（S波）两种。
面波：只能沿弹性介质的表面进行传播。
面波主要有Rayleigh波（R 波）和Love波两种。
纵波（P波）：是指质点的振动方向与波动的传播方向相一致。
纵波是一种伸缩运动，纵波的外形特征是具有“疏松”和“稠密”的区域，也称为疏密波。
横波（S波）：是指质点的振动方向与波动的传播方向相垂直。
横波的外形特征是具有凸起的波峰和凹下的波谷。
波动的几个基本参数波长：沿着波的传播方向，应力波在一个波动周期内所传播的距离；（=CT=C/f）。
在纵波中波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。
周期：完成一次完整波动所花的时间；频率：在1秒种内完成完整波动的个数。
波的基本描述：（1）运动的参数：包括加速度a、速度v和位移U。
三者之间存在微积分的关系，可以相互换算：v = du/dt = ∫adta = dv/dt = d²U/dt²U =∫vdt（2）波速与质点振动的速度的区别质点运动速度（v）：是指单位时间里质点在其平衡点附近运动时的位移变化量。
或：质点在其平衡点附近往复运动的速度。
一般来说，只要变形没有超过材料的弹性限度，质点将不可能脱离介质，而只能其平衡点来回摆动运动。
波传播速度（C）：应力波沿桩身传播的运动速度。
应力波的波前会跨越一系列质点，不断向前传播。
表现在高应变实测曲线中，如图2.2所示。
波速：C=2L/T质点运动速度：v对应与v Z曲线上的值v=V/Z，表示t时刻的质点运动状态。
高应变误差分析
高应变动力试桩的误差分析梁曦（福建省建筑科学研究院 350025）【提要】相对静载试验而言，高应变动力试桩的误差来源要丰富得多。
本文较系统地对这些误差进行总结，提出了浅层次、中层次和高层次的误差的概念，并通过工程实践分析说明。
对如何减小误差、更好地应用和发展高应变动力试桩技术提出建议。
【关键词】高应变动力试桩凯司法实测曲线拟合法Errors Analysis of High-Strain Dynamic Pile Testing ABSTRACT: Compare to static load testing, the testing errors source of high strain dynamic testing is more abundant. In this paper, testing errors of high strain dynamic testing was systematically introduced. The concept of three levels of errors that existing in the process of high strain dynamic testing was put forward and demonstrated by project example. Some suggestions were given for reducing testing errors and promoting the application and development of high strain dynamic testing technique. KEY WORDS: high strain dynamic pile testing, CASE method, matching analysis of measured curves method1、前言以应力波理论为基础的高应变动力试桩法在我国的应用已有十几年的历史。
大小应变实验方法
大应变就是弹性屈服超过极限,小应变就是在塑性变形范围之内的大、小应变检测——桩基质量检测方法2007年10月16日星期二 19:09“大应变”和“小应变”两者的区别：一是试验可以得出的参考数据不同：大应变（也叫高应变）可以测出工程桩的桩身完整性和承载力，而小应变（也叫低应变）只能测桩身完整性。
二是试验的方法不同。
大应变试桩的基本原理：用重锤冲击壮顶，使桩-土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的加速度传感器和安装在重锤上的加速度传感器接收桩和锤的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。
而小应变测桩身结构完整性的基本原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。
大应变不是最可靠的检测竖向承载力方法，要准的话还是要静载；一个大应变有适用范围，二是要有地区经验，如果你这个大应变试验符合这两个条件，那就补桩吧。
不符合的话，桩基检测规范里提到对大应变结果有疑虑或需要验证其结果时时宜进行静载试验12000Kn极限承载力一般是大直径嵌岩桩，大直径扩底桩或Q-S曲线具缓变性特征的大直径桩都不宜采用高应变法检测竖向承载力。
桩基低应变动力检测是什么？桩基低应变动力检测主要以低应变要测量桩身的刚度，然后再根据刚度换算桩身的强度。
主要目的还是检测桩身砼强度，再根据桩身砼强度换算桩本身的承载力什么是桩基静载试验一、前言桩基静载试验是一项方法成立，理论上无可争议的桩基检测技术。
在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，判定某种动载检验方法是否成熟，均以静载试验成果的对比误差大小为依据。
因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。
一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。
高应变检测基本知识讲解
1.传感器位置的混凝土开裂或严重朔性变形使得力曲线不回零。 2.锤击严重偏心，两侧力信号幅值相差大于1倍。 3.四个通道数据不全，例如只有单边力信号或单边速度信号。 贯入度合理范围 单击贯入度宜在2～6mm之间
第五节 波形分析
1.用武汉岩海case法高应变分析程序进行分析 case系数JC值
第二步 仪器设备的安装与连接
1.放置重锤
2.放置固定架
3.传感器与应变环的安装
4.仪器连接
第三步 测试参数设定
开机，选择RS模式 设置高应变相关参数
设置桩土参数
第四步 检查和确认仪器、设备的工作状态
1.检查仪器设备是否正常连接 2.调试应力环的应变值
监视
应变值范围±Байду номын сангаас000
第五步 重锤锤击（重锤低击）
粗砂--0.05，砂土--0.1~0.15，粉质砂土0.15~0.25，粉土0.25~0.4，粉质 黏土0.4~0.7，黏土0.7~1.0，固定端为0，自由端为1 case法主要定3点：行波起跳点，行波峰值点，桩底反射点 2.在case法分析的基础上再用武汉岩海拟合分析程序进行拟合。 按地勘资料输入桩侧土的摩阻力和端阻力→按f键人工计算，这是第一次拟 合→拟合不满意→继续修改“土单元参数”或“整体参数”→再按f键人工 计算→想要电脑自动拟合→按u键“卸载优化”→拟合效果仍有待改进→按r 键“阻力优化”→反复使用这两种优化直到拟合满意为止。 卸载优化对曲线的整段综合优化即大方向的拟合较好 阻力优化对曲线的2L/c即桩底反射前的信号段拟合较好 辐射阻尼优化对曲线的尾部拟合较好 土塞优化对曲线的2L/c附近拟合较好
基桩高应变法检测知识培训
2014.2.28
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浅谈高应变理论及实践
摘要：本文通过对高应变动力测试的理论阐述，正确理解其工作原理，结合实际测试经验，浅谈实际应用体会。
关键词：行波土阻力曲线拟合贯入度
1前言
由于土层的力学性质复杂，确定桩的承载力是一个较困难的问题，方法基本上分为两类：一是通过静动试验直接测定桩的承载力；二是通过室内和原位试验测定土的物理力学参数，然后根据土力学理论估算桩的承载能力。
动力测桩的方法有很多，但理论依据基本一致。
1.1 上下行波
对桩的一系列假设，得到 c2 = （1）
对（1）求解可以得到行波通解u（x , t）= f (xct) + g (x +ct)(2) 对于沿x轴正方向传播的波f (x-ct) 有 v+(t) ==c f (x ct) （3）
力为f+ (t)=ea=ea f (x ct)(4)
以知z=ea/c 得 f+(t)= z v+(t)（5）
同理对g (x +ct) 有 f (t)= z v (t) （6）
对行波通解(2)有
v(t)= =+= v+(t) + v (t) （7）
f(t)= ea= ea += f+(t) + f (t) （8）
（7）式的两边同乘以阻抗z 与（8）式联立求解得
f+(t)=f(t)+ z v(t)（9）
f(t)=f(t)z v(t) （10）
（9）和（10）就是上行力波f+(t)和下行力波f(t)。
1.2土阻力所产生的行波
土阻力在桩身中所产生的应力波见下图
桩侧土阻力产生的质点速度v = vu + vd= （11）
2 case法承载力的计算
case法是个简化的方法，利用在许多假设条取的一个封闭解。
在锤击过程中任选一时刻t1,且0 t1≤2l/c。
考虑时刻t2=
t1+2l/c 上行波
f(t2)z v(t2)(12)
由三部分组成： f(t2)z v(t2) = r上+ fi + r下 (13)
全部桩周土阻力r的上行压缩波r上，下行拉伸波在桩底的反射波r下,入射波在桩底的反射波fi。
结合（11）式得 r= f(t2)z v(t2)fi(14)
拉伸波fi= f(t1)+ z v(t1)代入(14)得r=f(t2)z v(t2)f(t1)+ z v(t1) (15)
静阻力rc = rrd 动阻力 rd =j vtoe =jcz (2v(t1) r/z) 结合(15) 得
rc.=.(1 jc)f(t1)+ z v(t1) +(1 + jc)f(t1+2l/c)z
v(t1+2l/c)(16)
3实测曲线拟合法判定桩承载力
波动方程由两个方程组成，牛顿第二定律+ρa+r=0（17）
虎克定律+=0 （18）
(0，l) ， t(0，t)
边界条件p (0，t) = f (t) v (0，t) = v (t)初始条件p (，0) =0v (，0) = 0
未知函数是桩截面上的力p (，t)和截面速度v (，t)。
但目的是求土阻力r，先土阻力模型给出一组土性参数的假定值。
然后利用桩顶实测的力（或速度，也可以两者计算的下行波）时程曲线作为已知数边界条件，解（2.2.1）、（2.2.2）两式组成一阶方程组，将计算得到的质点速度（或力，也可以两者计算的上行波）时程曲线与相应的实测曲线进行比较，对两者的差别进行判断后，有目的修正土性参数，重复上述过程，使计算曲线和实测曲线拟合达到要求，用一定的加权公式计算的定量指标，质量拟合系数mq表示。
以上分析可知实测曲线拟合法充分利用了两条曲线所提供的全部信息，不仅能提供桩的极限承载力，而且还给出了土阻力的分布及土性参数。
4工程中的应用
上面从理论分析了高应变动测的基本原理及土阻力的计算方法，但工程应用中取得接近实际情况承载力并不容易，最基本的是获得好的实测曲线，否则一切没有意义，但土阻发挥受很多因素影
响，这里着重讲两个问题。
4.1 土阻力激发程度
为了能和静载试验时的极限承载力相对应，动测时的土阻力也必须被充分激发出来，而土阻力激发程度和桩在土中位移有关。
动测实践表明，当每击贯入度超过2 mm时，试桩全长范围内的土阻力才能充分激发。
如果每击贯入度小于2mm，土阻力不能被充分激发，获得的总阻力低于极限值，由此而推断的单桩极限承载力偏低。
如果每击贯入度过大，锤击能量过高（此时桩的位移可能超过静载试验的破坏定义的规定）桩的运动速度就会不适当地提高，产生过高的动阻力而导致把部分动阻尼力当作静阻力，由此而推断的单桩极限承载力偏高。
要想动测结果可靠，动测时桩贯入度在某一个范围之间。
jgj1062003规定，单击贯入度宜在2 6mm之间。
如果以贯入度来控制，这里就存在差别，不同灵敏度的土，要求的贯入度差别可能很大。
对于摩擦端承桩，端阻力占总阻力比例越大，由动测推断的结果不很准确。
或直接就是端承桩，这时只用动测证明试桩承载力是否满足设计要求。
4.2 土阻力激发滞后
土阻力更符合粘弹塑性模型，所以实际情况不是应力波波前刚到达某一点，就立即产生最大的阻力。
静阻力的增长需要一个过程，当位移达到一定值时阻力才能达到最大值，在2l/c获得的静土阻
力并不一定是最大值。
而且不同的土质条件，桩端阻力和总阻力充分激发可能远远滞后于2l/c时刻。
这点也可以这样理解，在高应变动力测试时，桩端产生较大的位移。
我们知道，桩端变阻抗反射波主要取决于桩端界面处的变阻抗情况，而端阻力波则取决于桩端在整个位移过程中所激发的端阻力。
两者时间轴上并不一定重叠，在数值上也无必然联系。
所以对case法，又有将t1延时求出承载力的最大值（rmx法）;最小值（rmn法）;考虑卸载修正（rsu法）;（rau法）和（ra2法）。
对于实测曲线拟合法，为了更好的控制在2l/c后总阻力响应区段的拟合质量，在jgj 1062003规定时间段在t1+2l/c时刻后延续时间不应小于20ms。
4.3 实际拟合操作（capwapc）
因为实测曲线有两条，力曲线和速度曲线，可以考虑采用的拟合方向有四种，从力到速度，从速度到力，从下行波到上行波，从上行波到下行波。
通常从速度到力的拟合，因为速度曲线总体上比力曲线可靠。
另外比较通常采用从下行波到上行波的拟合，因为上行波曲线直观地反映了阻力和阻抗的变化。
土性参数含义及各自影响范围，见下图。
工程现场的地质勘探资料，桩的设计资料和工程的施工原始记录对于提高分析结果的精度有重要的意义，应该准确提供和掌握。
但是，所有这些参考资料不可与实测数据相提并论。
没有这些参考资料或检测资料不够准确时，检测人员应该能够从实测数据分析出
基本正确的结果；相反，没有合格的实测数据，单凭参考资料猜测试桩的情况，则是根本错误的。
实测数据和参考资料不符时，经过检查证明实测数据为准，得出相应结论。
5. 结语
高应变动测是复杂的过程，很多因素影响着动测结果，对桩土体系破坏模式的许多问题，并不很清楚，这都是测试分析时要考虑的。
参考文献;
[1] 《建筑基桩检测技术规程》（jgj 1062003）中华人民共和国行业标准 2003
[2]goblerauschelikins and associates , inc capwapc manualmarch1916
[3]王靖涛桩基应力波检测理论及工程应用地震出版社1999
[4]基桩动测技术简明教程四川省建设工程质量安全监督总站2002
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。