如何观察和理解高应变实测曲线

如何观察和理解高应变实测曲线

这里的实测曲线，并非指原始的加速度信号与应变信号，而是分析过程中以叠加显示形式出现的力曲线、归一化后的速度曲线[F(t)及ZV(t)]和下行波曲线

与上行波曲线

。认真理解与分析两组四条曲线是所有后续处理与分析包括波动方程拟合分析的关键。“高应变现场测试技术及注意事项”一文（王雪峰等，国家科委成果办宜昌桩基动测研讨咨询会资料《桩基动测理论与实践》，P196-214）对其质量判断已有详尽介绍，这里仅作进一步补充与解释：

1、力曲线和速度曲线起始段的重合亦即良好的一致性是必须的，这是一维应力波理论的必然产物，但当

①输入的传感器灵敏度不准确，弹性波速（或弹性模量）不合理时；

②传感器安装不合理，安装部位材质较差或安装部位不合理时（离桩顶太近，离接桩部位太近，离地表太近）；

③打击力不够（尤其对于粗短的端承桩）或严重偏心时；

④锤垫过厚，信号过缓时；

⑤桩上部存在严重缺陷(包括扩颈)时；

⑥上部土层阻力较大时；

⑦利用柴油锤激发时（由于记录两条曲线的传感器低频响应不一样，在低幅值段，速度曲线往往略低于力曲线），二者的一致性未必能得到充分满足。

鉴于导致力曲线与速度曲线起始段不一致的因素较为复杂，我们在现场和室内分析时一定要仔细判断，在测试现场务必排除①、②、③、④条，为后续分析创造条件。

力曲线和速度曲线的一致性仅限于二者峰值点以前的部位，其中二者曲线形态的正比性是首先应得到满足的，而峰值的相等性（FVX=FMX）却未必，当然只要没有⑤、⑥条件存在，它们应当接近。

2、力曲线和速度曲线应较少毛刺，没有莫明振荡、尾部正常归零，这里所指的尾部系指100ms左右处。大量现场试验表明，除特长桩外，一般高应变测试过程中，桩土系统在几十毫秒内基本上均完成了各种响应，因而经过近100ms以后，基本处于相对静止状态，也即桩顶的力和速度应回复到零。RS仪的分析软件只显示512点，如果采样间隔为100us，则满屏只能显示51.2ms，此时加速度曲线一般不归零，欲观全貌，可将原始信号压缩一次（“[”）再积分（“v”），自然显示100ms时间段。也可以积分后再压缩观看（“v”→“Esc”→“Enter”→“[” →“f”）。

当①加速度计安装不紧

②传感器附近桩身材质不良

图高应变实测曲线

③加速度计与其底座之间不紧

④加速度计线路故障

⑤电荷放大器故障

⑥锤击系统较差

等时，实测速度信号可能出现漂移或振荡，此时信号即便归零也十分勉强。当①工具式应变计安装不紧

②过份扭曲

③安装部位材质太差

④锤击力过大，桩头进入塑性状态

⑤锤击系统较差

实测力信号很可能出现毛刺，振荡及尾部不归零。

3、上行波曲线Wu(t)应合理地反映桩土特征

同一时刻桩顶力减去速度与广义波阻抗的乘积后除以2便构成了所谓的上行波曲线

[Wu(t)=1/2[F(t)-ZV(t)]，根据一维应力波理论，当桩身某位置有缩颈类缺陷时，将产生一上升的拉伸波，亦即出现同向的速度反射和反向的力反射；当出现扩颈类“缺陷”时产生一上升压缩波，亦即出现反向的速度反射和同向的力反射；当桩侧遇到土阻力时，同样产生上升的压缩波（速度反向，力同向）；对于摩擦桩而言，桩端阻力较小，应力波传播到桩底后自然产生向上的拉伸波，而端承桩，除因沉渣引起的小幅度拉伸波外，基本上产生一向上的压缩波。这些特征在单独的力和速度曲线上可能没有明显的反映，但在上行波曲线上，大都表现非常强烈，因此，读懂上行波曲线，将给后续的CASE法分析及波动方程拟合分析打下良好的基础。

一般来说，除非桩土系统上部异常（即存在缺陷、扩颈或硬土层），在下行波峰值点以前上行波基本上为零，然后逐步增加；当桩身无缺陷时，上行波幅值乘以2便是对应位置以上部位桩侧阻力的总和

，因此它的增加趋势尤其是出现拐点的趋势基本上与地层变化相吻合，如果夹在此趋势中间形成一明显的下跳，则该处一定有缺陷或者干脆就是摩擦桩桩底反射；扩颈现象除浅部和严重者外，由于普遍与桩侧阻力相混，大多难以在上行波中察觉。

桩底反射过后，土阻力还将发挥一段时间，但对于摩擦桩而言，高峰期已过，阻力应很快减小至自然状态；端承桩的高峰期相对滞后，但同样应早于100ms回归自然状态，回归的快慢完全取决于入射波脉冲宽度和桩下部尤其桩底土体材料的性质（弹性模量）。

观察和解释实测信号曲线应结合基桩工艺、施工记录以及工程地质资料进行。上述两组四条曲线蕴藏了大量桩土系统信息，读懂它们，留意缺陷位置及严重程度、土层分布、阻力发挥情况（严重滞后为大弹限情形）、桩底特点，高应变分析便已完成了大半。