如何观察和理解高应变实测曲线
高应变检测图解
表3.1.2 检测方法及检测目的低应变法检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别高应变法判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求；检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别分析桩侧和桩端土阻力《建筑基桩检测技术规范》( JGJ106―2003)9.2.3 高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整。
高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸钢制作。
当采取自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤机力时，重锤应整体铸造。
且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。
9.2.4 进行高应变承载力检测时，锤的重量应大干预估单桩极限承载力的1.0%～1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。
（强规）管桩桩径600mm单桩极限承载力4000kN锤的重量50kN3.1.1 工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。
（强规）《建筑基桩检测技术规范》( JGJ106―2003)3.2.7 施工后，宜先进行工程桩的桩身完整性检测，后进行承载力检测。
当基础埋深较大时，桩身完整性检测应在基坑开挖至基底标高后进行。
高应变承载力检测桩顶情况前后比较的照片（放心：有垫板保护，对桩头的质量没有影响）高应变承载力检测桩顶情况后的照片2.1 检测目的高应变检测目的是检测工程桩的竖向抗压承载力和桩身结构完整性，并对基桩的质量进行评价。
2.2 检测标准及数量规定本次试验按照中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），根据规范规定，高应变检测数量不少于总桩数的5%，且不少于5根。
2.3 仪器设备及基本原理本次检测仪器采用美国桩基动力学公司生产的PDA打桩分析仪(PAL型)，检测示意图如图3。
图4 高应变动力试桩示意图高应变动力试桩的基本原理是：用重锤冲击桩顶，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力和加速度传感器接收桩的应力波信号，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。
高应变检测
高应变简介用重锤冲击桩顶，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断的检测方法。
高应变检测的基本原理高应变榆测的基本原理就是往桩顶滞轴向施加一个冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗承载力及桩身完整性的榆测方法。
用重锤冲击桩顶，使桩~土之间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．从桩身运动方向来说，有产生向下运动和向上运动之分。
习惯把桩身受压(小沦是内力、应力还是应变)看作正的，把桩身受拉看作是负的；把向下运动(不论是位移、速度还是加速度)看作正的，而把向上的运动看作负的。
南于应力波在其沿着桩身的传播过程中将产生十分复杂的透射和反射，因此，有必要把桩身内运动的各种应力波划分为上行波和下行波。
由于下行波的行进方向和规定的正向运动方向一致，在下行波的作用下正的作用力(即压力)将产生正向的运动，而负的作用力(拉力)则产生负向的运动。
上行波则正好相反，上行的压力波(其力的符号为正)将使桩产生负向的运动，而上行波的拉力(力的符号为负)则产生正向的运动。
由于锤击所产生的压力波向下传播，在有桩侧摩阻力或桩载而突然增大处会产生一个压力同波，这一压力回到桩顶时，将使桩顶处的力增加，速度减少。
同时，下行的压力波在桩载面突然减小处或有负摩阻力处，将产生一个拉力回波。
拉力波返回桩顶时，将使桩顶处的力值减小，速度增加。
掌握这一基本概念就可以在实测的力波曲线和速度曲线中根据两者变化关系来判断桩身的各种情况。
●测试系统示意图●应用要点1 检测桩数由于工程桩是不允许不合格桩存在的，因此在进行检测时，不应简单地采用随机抽样的方式，而应根据打桩记录，经过综合分析，抽检那些估计质量可能较差的桩。
以提高检测结果的可靠度，减少工程隐患。
基桩的高应变动力检测有两种情况：一种是根据《建筑桩基技术规范》中的有关规定进行的例行检测，其检测桩数不宜少于总桩数的5%，并不得少于5根；另一种是发现桩基工程有质量问题，必须对桩基施工质量、承载能力作出总体评价时，应由有关方面协商，适当增加抽检桩数，一般不应少于总桩数的10%。
如何对实测曲线进行分析
如何对实测曲线进行分析、选择和调整发布时间：2004-10-18 来源：武汉岩海作者：武汉岩海阅读次数：5673一旦实测信号不正常或曲线形态难以解释，结合RS系列桩基动测仪的高应变CASE法分析软件（同时也是CCWAPC拟合分析程序的数据预处理软件，包括CJ16B.EXE、CJ16P.EXE、CK16.EXE、CK16P.EXE、PDAK.EXE、RMFD.EXE等）。
我们可以依下述步骤对实测曲线进行分析与调整：1、读取信号，正确输入各种主屏参数(“Esc”+“调整”+“Enter”)，并调整好波形的正负极性（nדtab”+“r”）后，键“v”，屏幕显示F(t)和ZV(t)曲线，我们可以就此观察这两条曲线的形态，如欲观看100ms的曲线全貌，可依指令“Esc”+“Enter”+“[”+“f”（各键功能详见说明书）进行。
2、如F(t)和ZV(t)曲线略有错位，此时可通过“r”或“=”/“-”进行微调对齐。
3、键“t”，将同时显示上行波Wu(t)和下行波Wd(t)曲线，但如果本身是单道显示，则必须键“d”+“t”切换后再键“t”。
4、当实测曲线不合理或无法解释时，首先键“Esc”，观察主屏参数，先检查传感器灵敏度是否系一一对应地正确输入，其次检查滤波档与放大倍数（如果有的话），相关桩土参数尤其弹性波速以及锤击参数等亦必须正确输入。
5、检查完各种参数后，键“Enter”，认真分析各道速度曲线和力曲线（“z”）的合理性。
一般来说，两道速度曲线应相差无几，相应峰值VMX1和VMX2不仅取值合理，而且应较为接近，但也有可能某一道出现严重失真，此时可键“Esc”后，在主屏的速度选择栏摒弃失真道。
两道力曲线总是存在一定差异的，相应PMX1和PMX2自然难得一致，相差一个数量级也是非常可能的；力信号中，峰值过后，一方叠加拉力，另一方叠加压力也是非常正常的，这些都是锤击偏心导致的正常现象。
现场测试时，分析四道曲线各自的合理性，有利于重新安装传感器，调整锤击系统，而室内分析时，则有利于信号质量的客观评价和曲线的合理取舍。
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。
高应变低应变(讲课)课件
未来，高应变与低应变检测技术将进一步与其他学科交叉融合，如物理学、化学、生物学 等。这种跨学科的融合将为检测技术的发展带来更多新的思路和方法。
绿色环保
随着环保意识的不断提高，高应变与低应变检测技术将更加注重绿色环保。例如，通过采 用低能耗的传感器和信号处理技术，降低检测过程中的能耗和排放，实现绿色环保的检测 方式。
高应变检测技术在工程中的应用案例
桥梁检测
高应变检测技术用于检 测桥梁结构的完整性， 评估桥梁的承载能力和
安全性。
建筑结构检测
高应变检测技术用于检 测高层建筑、大跨度结 构等大型建筑结构的稳
定性。
隧道工程检测
高应变检测技术用于隧 道工程的施工监控和安
全性评估。
桩基检测
高应变检测技术用于检 测桩基的承载能力和完 整性，确保桩基的安全
高应变与低应变检测技术的比较
适用范围
高应变检测技术适用于大型结构物、桩基和地下连续墙等 深基础工程的检测，而低应变检测技术适用于小型结构物 、浅基础和地面土体的检测。
测试精度
高应变检测技术能够获得更准确的土体动态响应和波速等 参数，测试精度较高，而低应变检测技术测试精度相对较 低。
测试成本
高应变检测技术需要使用重锤或爆炸等大型设备，测试成 本较高，而低应变检测技术使用小型设备和低成本材料， 测试成本较低。
优点
低应变检测技术具有无损、快速、简 便、经济等优点，可在不破坏桩身结 构的情况下对大量桩基进行检测，且 检测结果较为准确可靠。
缺点
低应变检测技术对桩身阻抗变化较为 敏感，对于一些阻抗变化较小的缺陷 可能无法准确判断；同时，该技术对 桩顶条件要求较高，需要平整、干净 且与传感器耦合良好。
高应变试验检测要注意的问题及分析
1、高应变检测的常规做法1）优质的实测数据是高应变法分析计算的基础，需要检测的项目有：必须要测的项目：桩头范围内某个选定截面M的平均内力F m和平均速度V m,借此全面掌握一个界面的动力状态。
希望测定的项目：桩顶在每次锤击下得贯入度s d,主要用来验证分析结果。
2、检测截面M的选择①、检测截面与桩顶的间距原则上不小于桩径的1.5倍，最好相距2～3倍桩径，再困难条件下也不得小于1倍桩径。
②、初始应力应力波信号的波峰前后区段对数据质量的判断极为重要，应尽可能避免受到各种条件的干扰和重叠；因此检测截面附近不得存在阻抗突变的截面。
3、测点的选择和准备①必须严格保证每组传感器安装位置在检测截面的对称性，每组传感器的两个测点和检测截面的中心轴的距离必须相等，其连线必须通过中心轴；只有满足这两个条件，两个测点的实测结果的平均值才有可能代表桩身的轴向力和速度。
②每侧的测力和测速度的传感器应尽可能相互靠近，以利于数据的一致性；同侧的传感器的横向间距不得超过80～100mm。
③用于测力的工具式应变计在安装表面上将跨越一定距离，两端的两个接触面不仅必须平整，还必须严格处于同一处理平面之中，才能保证传感器以一定压力紧贴时不产生过大的初始初始变形，此外为了提供必要的摩擦力，平整的表面有不可过于光洁。
4、锤重的选择选择锤重的目的主要在于激发衰减缓慢的应力波，增大脉宽，同事也有利于提高峰值；合起来就是增大能够促使桩身贯入土中的那一部分有效的输入能量以保证土的静阻力的充分发挥。
实际上由于弹性的桩身在土中以蠕动的方式向下进行，每个桩段的阻力都在不断发生变化，应力波本身也在不断衰减之中，问题本身的关键是下行的应力波能否到达桩底并使桩身下部和底部产生足够大的位移而充分调动底部桩周土的静阻力；事实上，锤重和落高只能影响桩顶初始的应力波脉冲，而充分影响桩底的问题则还要取决于两个因素：一是传播过程中的能量的损失，二是桩底端承阻力的激发机理。
高应变测桩Case法和实测曲线拟合法的分析
灰色, 饱和 中密, 厚 1 75 ~ 3 m; ) 粗砂: 黄灰 色,
石英砂 为主, 饱和 稍密, 厚 1 9~ 6 8 m; ∗粘 土:
黄灰色, 呈软 可塑 状态, 厚 2 ~ 6 35 m; + 粘 土:
深灰 色, 呈 可 塑状, 厚 5 15 ~ 12 30 m; , 粉 细
砂: 灰绿色, 饱 和中 密, 厚 1 4 ~ 4 1 m; − 中 砂:
灰色, 中砂粒状, 中密, 厚度大于 13 8 m。 2 2 仪器设备
本次试验采用武汉岩海公司研制生产的 RS 1616K ( p) 型基桩动测仪。检测仪器设备及现场联
检测的五根桩为 # 400( 95) mm 预制管桩, 属于 摩擦型桩, 土阻力前 期发挥很快, 没有承载力 滞后 2L /C发挥的现象。其每根桩的实测参数和曲线拟 合分析系数如表 3。
为排除动力试桩过程中土体的动力效应, C ase 法假定土的动阻力全部集中于桩尖, 且与桩尖速度 和广义波阻抗成正比。 1. 1. 3 桩周土静力模型
C ase法为确保波动方程解耦, 得到半经验解析 解, 不仅将桩侧速度与动阻力分离, 而且将桩身位移 与静阻力分离。因而, 假定土的静力模型为理想刚 塑性体, 一旦扰动发生, 阻力即达到极限值, 显然这 只能在桩土间超过一定变形时才适用 [ 4 ] 。 1. 2 基本原理
第 27卷第 4 期 V o l 27, N o 4
西华 大 学学 报 ( 自 然 科学 版 ) Journa l o f X ihua Un iversity N atural Sc ience
文章编号: 1673 159X ( 2008) 03 0097 04
2008年 7月 Ju.l 2008
2008年
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。
桩基高应变检测技术讲义(237页,图文丰富)
1.1 高应变的基本概念
重锤冲击桩顶的作用是产生冲击力，施 加在桩顶。
桩受到冲击力后，向下运动会受到桩周 土对桩阻力。
也就是说：重锤冲击桩顶后桩身受力会 增加两个力，一个是锤对桩的冲击力，一个 是土对桩的阻力。
1.1 高应变的基本概念
概念中的几个要点： ✓重锤 ✓实测速度和力信号 ✓波动理论分析 ✓承载力和桩身完整性
1.2 应力波在桩中传播的基本规律
根据波阵面的几何形状分类
根据波阵面的几何形状，应力波可分为平面波、柱面 波和球面波。一般认为，平面波的波源是平面载荷， 柱面波的波源是线载荷，而球面波的波源是点载荷。
根据波动方程的自变量个数分类
根据描述应力波波动方程的自变量个数，应力波可分 为一维应力波、二维应力波和三维应力波。
F动
R侧
1.1 高应变的基本概念
桩身所有质点在空间上的运动规律， 以机械波形式来表现，为纵波。其运动可以 用波动理论来分析。
纵波将质点的振动在介质内传播，不 同介质的接触面质点振动会发生变化，并将 这种变化反向传播，形成反射波。
R端
1.1 高应变的基本概念
概念中的几个要点： ✓重锤 ✓实测速度和力信号 ✓波动理论分析 ✓承载力和桩身完整性
（2）桩与一维应力波
➢高应变基本假定 ➢一维应力波
1.2 应力波在桩中传播的基本规律
高应变的基本假设
假定桩身材料是均匀的和各向同性的 假定桩是线弹性杆件 假定桩是一维杆件 假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多 假定破坏只发生在桩土界面
高应变动力试桩在原理上就被简化为一维线性波动力 学问题。
1.2 应力波在桩中传播的基本规律
一维弹性杆件服从虎克定律，即变形与 受力成正比
泊松比：杆件横向应变与纵向应变的比值，也叫 横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。
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)。
基桩高应变实测曲线拟合法实例分析与讨论
表 １ ３根 桩 原 始 波 形 定 性 分 析
在 ２ Ｌ ／ Ｃ时刻 前 ， 没 有 明显 的缺陷 反射 峰 ， 桩 身 完 整 。 桩侧 摩 阻 力 较 大 ， 桩上 部侧摩 阻力 较大 。 桩 端 阻 力一 般 。形 似 端 承 摩 擦 桩 。 在 ２ Ｌ ／ Ｃ时 刻 前 ， 没 有 明显 的缺 陷反射 峰 。 桩 身 完 整 。 桩侧 摩 阻 力 较 大 ， 桩 中 下 部 侧 摩 阻 力 很 大， 桩 端 阻 力不 大 形 似 端 承 摩 擦 桩 。
参照 Ｃ Ｒ Ｌ研 究 所依 据 美 国经 验提 供 的常 情 况 下 ， 拟合 过 程
作 者 简介 ： 贺善 斌 （ １ ９ ６ ９ 一） ， 男， 工程师 ， 研 究 方 向 为建 设 工 程 质 量 监 督 与 检 测 。
６ Ｏ
第２ ７ 卷第 １ 期 ２ ０ １ ３年 ２ 月
土 工 基 础
Ｓ ｏ ｉ ｌ Ｅｎ ｇ． ａ ｎ ｄ Ｆｏ ｕ ｎｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＶＯ １ ． ２ ７ Ｎ０ ． １ Ｆ ｅ ｂ． ２ ０ｌ ３
基 桩 高 应 变 实 测 曲线 拟 合 法 实 例 分 析 与 讨 论
贺 善斌
（ 扬 州 市 江 都 区建 设 工 程 质 量 监 督 站 ， 江 苏扬 州 ２ ２ ５ ２ ０ ０）
摘
要： 通 过 江 苏 省 基 桩 高 应 变 实 测 曲线 拟 合 法 验 证 结 果 及 ３ 个实例分析 ， 总 结 了运 用 拟 合 法 的 基 本 步 骤 与 要 点 ，
土 工 基 础
中及 结束后 桩土 参数必 须满 足下表 要求 。特 殊情况
【可复制】高应变实测曲线拟合法的基本原理及其应用
云南大学学报(自然科学版) 2000,22(工程检测专辑):79～87C N53-1045/N ISSN0258-7971 Jour nal o f Yunna n U n iver sityΞ高应变实测曲线拟合法的基本原理及其应用郑柱坚(昆明勘察设计研究院,云南昆明 650051)摘要:高应变实测曲线拟合法是根据桩上体系的实际工作机理建立数学模型,运用一维波动方程对实测力、速度曲线进行拟合分析,从而得到桩周土对桩的静土阻力.本文简略介绍实测曲线拟合法的基本原理及应用实例.关健词:拟合法;承载力;桩土体系 随着我国经济的不断发展,越来越多的高层建筑物、工业厂房拔地而起.这样,构筑物的基础———灌注桩得到了广泛的应用.为了确定基桩的承载力,传统的作法是进行单桩竖向静载荷试验.但静载荷试验存在着试验工期长、试验费用高等不足之处,尤其对于荷载要求大的大直径桩或试验场地条件苛刻,静载荷试验就难以发挥作用.为此,人们寻求一种既能克服静载荷试验的不足之处,又能测定单桩承载力的方法,以满足建筑设计的需要.60年代中期美国学者经过多年研究,采用一维波动理论,提出了一种适合于现场使用的近似确定单桩极限承载力的方法———CASE法.该法适用于打入桩的施工过程检测和监控,或者在具有一定的经验基础上,用于评定工程桩的验收合格性.但由于该法的假定条件与基桩施工的实际条件差别较大,且取不同的Jc值,其单桩极限承载力亦不同,使用者往往是根据经验选取Jc值来确定试验桩的单桩极限承载力值.因此,国家行业标准《基桩高应变动力检测规程》(J G J106-97)中,对CASE 法的使用范围作了限制.针对CASE法存在的局限性,实测曲线拟合法的作法是根据一维波动理论,建立适当的桩、土数学模型.对模型设定桩、土参数,并进行波动方程计算其力曲线Fc(t).然后对计算的力曲线Fc(t)与实测力曲线Fm(t)进行拟合分析.如果两条曲线拟合效果较好,且与地质情况相符的话,那么模型桩的桩土参数(桩身波阻抗、桩侧阻力和桩端阻力等)就作为检测桩的桩土参数,并模拟静载荷试验下的Q-S曲线,从而得到检测桩的单桩极限承载力.自1996年我院引进武汉岩海物探仪器有限责任公司的高应变实测曲线法CCWAPC软件以来,经过3年多的不断摸索和工程实践,取得了良好的效果.我院于1998年10月首次参加了建设部在郑州举行的全国第3批工程桩动测资质考试,就取得了建设部颁发的资质证书.为使高应变法得到广泛的应用,本文简略介绍高应变实测曲线拟合法的基本原理,并列举几个工程实例,说明实测曲线拟合法的应用效果.1 基本原理高应变实测曲线拟合法是利用重锤冲击桩顶,产生沿桩身向下传播的应力波,且桩、土产生相对位移,通过离桩顶一定距离对称安置的加速度计和应变计采集检测截面的Fm(t)和V m(t).用实测力Fm(t)和速度V m(t)作边界条件,建立桩、土模型,通过波动计算、拟合分析,得到检测桩的桩土参数以及单桩极限承载力.1.1 桩的模型 实测曲线拟合法采用称为CAP2 WAP-C法连续杆件模型.CAPWAP-C法将桩分成N p个弹性杆件单元,取桩的截面积和弹性模量为杆件单元的截面积和弹性模量,每个单元的长度大约1m左右.对于每一杆件单元,假定土阻力都作用在单元底部,杆件单元的阻抗变化仅发生在单元的界面处,波在单元内部不发生畸变.经过时间间隔Δt后,上行波W u(i,j-1)从i单元的底部传到单元顶部,成为W u(i-1,j),下行波W d(i-1,j-1)从单元顶部成为W d(i,j): Wu(i-1,j)=W u(i,j-1)(1)Wd(i,j)=Wd(i-1,j-1)(2)如果相邻3个单元的声阻抗不同,分别为Z i-1,Z i,Z i+1,为了简化,取T u(i)=Z iZ i+Z i+1,T d(i-1)=Z iZ i+Z i-1(3)在t=j·Δt时刻上行波W u(i,t)经过单元i与i+1间变化截面时,透射的上行波为Wu1=2T u(i)W u(i,j)(4)下行波W d(i,t)在变截面处反射产生的上行波为Wu2=Z i+1-Z iZ i+Z i+1·W d(i,j)=[T d(i)-Tu(i)]·W d(i,j)(5)由于土阻力R(i,t)产生的上行波为Wu3=T u(i)·R(i,j)(6)在t=j·Δt时刻,i截面处的上行波为(4), (5),(6)的总和Wu(i,j)=Wu1+Wu2+Wu3=Tu(i)[2Wu(i+1,j-1)- Wd(i-1,j-1)+ R(i,j)]+Td(i)Wd(i-1,j-1)(7)同理,对于下行波有Wd1=Z i-Z i+1Z i+Z i+1·W u(i,j)=[T u(i)-Td(i)]·W u(i,j)(9) Wd3=-T d(i)·R(i,j)(10)所以W d(i,j)=W d1+Wd2+W d3=Td(i)[2Wd(i-1,j-1)- Wu(i+1,j-1)- R(i,j)]-Tu(i)Wu(i+1,j-1)(11)若在时刻t时,桩顶实测的力和速度为Fm(j)和V m(j),将传感器所在截面为计算边界面,以实测的速度值为已知的边界条件,得在传感器截面上,计算得到的力曲线Fc(j)的值为Fc(j)=W d(1,j)+W u(1,j)=Z·V m(j)+2W u(2,j-1)(13)桩身各点的质点运动速度V(i,j)和位移值S(i, j)可用下式计算V(i,j)=Wd(i,j)Z i-W u(i,j)Z i+1(14)S(i,j)=S(i,j-1)+Δt/2·[V(i,j-1)+V(i,j)](15)此外,桩的模型还考虑了桩身的材料阻尼、微小裂隙影响等.1.2 土的模型 对于桩周土动阻力模型,拟合法假定动阻力存在于桩端和桩周各部位,动阻力伴随静阻力出现或动阻力伴随质点运动出现,引入了幅射阻尼模型和土塞模型.对于桩周土静力模型,拟合法假定桩周土内部无相对变形的前提下,于桩土间引入了理想弹塑性模型,即进入塑性前,静阻力与桩土相对位移成正比,进入塑性后静阻力值恒定不变.2 实 例(1)昆明风情国际旅行社住宅楼,长74m,宽8～18m,其基础采用振动沉管灌注桩,设计桩径<420,设计单桩极限承载力为700kN,该场地主要地层为:②粘土:硬塑状态;③粘土:可塑至软塑状态;③-1粉土:稍密状;④粘土:可塑至硬状态.设计桩端持力层为③-1粉土或④粘土.由于地层较复杂,在工程桩施工,对4组试桩进行了单桩竖向静载荷试验.试验结果,4组试桩的单桩极限承载力为336～840kN,没有达到设计预期目的.为此,在工程桩完成后,设计人员选5根桩进行高应变动力检测,要求提供单桩极限承载力、桩侧阻力及桩端阻力.图1为323#桩的高应变实测曲线拟合法成果,其中上图为实测力、速度曲线、下行波及上行波曲线;中图为根据速度曲线、桩土参数对实测力曲线进行拟合的拟合结果;下图为模拟静载荷试验下的荷载与沉降(Q-S)曲线和单桩极限承载力.上图的实测力曲线、速度曲线表明,323#桩上段侧阻力较小,中段侧阻力相对较大;桩端承力相对较小,8云南大学学报(自然科学版) 第22卷表1 CCWAPC土参数总汇 工程名:FS 桩号:323-1 测试日期:10/25/96 计算极限承载力 总和 779.7; 桩侧 440.0; 桩尖 339.7 kN单元号深度/m 弹限/mm阻力/kN单元桩侧阻力/(kN·m-2)阻尼系数Case Smith/(m-1·s-1)Viscs/(k N·m-1·s-1)阻力总和/kN779.11 1.0 5.7041.3428.710.0709 2.2392.23738.42 2.0 5.7048.2233.490.0827 2.23107.59690.23 3.0 5.7039.4127.370.0676 2.2387.93650.84 4.0 5.7038.8726.990.0666 2.2386.73611.95 5.0 5.7034.4423.920.0591 2.2376.85577.56 6.0 5.7046.0531.980.0790 2.23102.76531.477.0 5.7020.8214.460.0357 2.2346.45510.688.0 5.7039.9127.720.0684 2.2389.05470.799.0 5.7063.5044.100.1089 2.23141.69407.21010.0 5.7067.4546.840.1156 2.23150.49339.7总和440.000.7544981.77平均 5.7044.0 2.23桩尖8.35339.70.5774 2.21751.47表2 CCWAPC土参数总汇 工程名:FS 桩号:345-2 测试日期:10/27/96 计算极限承载力 总和 455.0; 桩侧 349.5; 桩尖 105.5 kN单元号深度/m 弹限/mm阻力/kN单元桩侧阻力/(kN·m-2)阻尼系数Case Smith/(m-1·s-1)Viscs/(k N·m-1·s-1)阻力总和/kN455.01 1.0 6.0126.2920.870.02450.9524.99428.72 2.1 6.0143.1234.220.04020.9540.99385.63 3.1 6.0145.2235.890.04220.9542.99340.44 4.2 6.0135.7628.380.03340.9533.99304.65 5.3 6.0131.8825.300.02970.9530.31272.76 6.3 6.0128.4022.540.02650.9526.99244.3 77.3 6.0127.3421.700.02550.9525.99217.0 88.4 6.0135.7628.380.00340.9533.99181.2 99.4 6.0135.7628.380.03340.9533.99145.5 1010.5 6.0139.9631.720.03730.9537.99105.5总和349.500.3261332.20平均 6.0134.90.95桩尖7.37105.50.3466 3.35353.091 8工程检测专辑 郑柱坚:高应变实测曲线拟合法的基本原理及其应用28云南大学学报(自然科学版) 第22卷工程检测专辑 郑柱坚:高应变实测曲线拟合法的基本原理及其应用8348云南大学学报(自然科学版) 第22卷工程检测专辑 郑柱坚:高应变实测曲线拟合法的基本原理及其应用8568云南大学学报(自然科学版) 第22卷 图2为345#桩的高应变实测曲线拟合法成果,345#桩与323#桩比较,345#桩下段侧阻力和端承力均比323#桩小,说明其桩端持力层较软.实测曲线拟合法结果表明,这2根桩桩身不存在明显缺陷.但承载力相差较大,323#的单桩极限承载力为730kN,最大沉降19.9mm;而345#桩的单桩极限承载力为429kN,最大沉降为53.1m m.表1为323#桩、表2为345#桩实测曲线拟合法的桩侧阻力及桩端阻力拟合结果.高应变动力检测结果表明,除345#桩外,其余4根高应变检测桩的单桩极限承载力均大于700 kN,满足设计要求.(2)云南省新闻出版大楼,25层其基础采用钻孔灌注桩,设计桩径<800,设计单桩承载力标准值为2500kN,该场地主要地层为:④粘土:可塑状态;⑤淤泥:软塑至流塑状态;⑥粘土:软塑至可塑状态;⑦粉质粘土;软塑至可塑状态;⑧粘土:可塑状态;⑨粉质粘土:软塑至可塑状态;⑩粉砂混粉土:稍密至中密;⑩粉砂:中密至密实;�λω粉砂混粉土:中密;�λω1砾砂:中密至密实.设计桩端持力层为�λω粉砂混粉土或�λω1砾砂.为验证工程桩的单桩承载力是否满足设计要求,选10根桩进行高应变动力检测.图3为107#桩的高应变实测曲线拟合法成果,实测力曲线、速度曲线表明,107#桩上段侧阻力较小,中下段侧阻力相对较大,桩底存在一定的沉渣,端承力没有得到充分发挥.实测曲线拟合法结果,107#桩的单桩极限承载力为5006kN,最大沉降28.6mm,满足设计要求.(3)云南省煤炭厅职工住宅楼,共19层,其基础采用振动沉管灌注桩,设计桩径<500,设计单桩承载力标准值为800kN,该场地主要地层为:②粘土:可塑至硬塑;③粉土:稍密至中密;④圆砾:稍密至中密;⑤粘土:可塑至硬塑;⑤1粉土:稍密至中密.设计桩端持力层为⑤粘土或⑤1粉土.在工程桩施工前,进行了静载荷试验.试验结果,5根桩的单桩极限承载力为960～1600kN,其中2根桩明显低于设计值.为此,在工程桩完成后,选15根桩进行高应变动力检测.图4为35#桩的高应变实测曲线拟合法成果,实测力曲线、速度曲线表明,35#桩侧阻力较大,桩端承力相对较小,该桩为摩擦桩.实测曲线拟合结果,其单桩极限承载力为1647kN,满足设计值.实测曲线拟合法结果表明,15根高应变检测桩除2#桩的桩身存在严重缺陷,其单桩极限承载力为1003kN,明显低于设计值外,其余14根基本满足设计要求.3 结束语由于实测曲线拟合法是根据桩土体系的实际工作机理建立桩、土数学模型,运用一维波动方程对实测力曲线和速度曲线进行拟合分析,它不仅能评价桩身完整性,而且可提供检测桩的拟合分析结果,如桩身波阻抗、桩侧阻力、桩端阻力以及单桩极限承载力.通过3年多的工程实践,笔者认为实测曲线拟合法分析结果是否符合实际情况,除了分析人员具备一定的桩基和岩土知识外,关键在于现场采集的力曲线Fm(t)和速度曲线V m(t)能否真正携带了所需的土阻力信息和桩身阻抗信息.如果采集到质量高的力和速度曲线,结合场地的实际情况进行综合拟合分析,才会取得良好的效果.[参 考 文 献][1]王雪峰.CCWAPC用户手册.武汉岩海建工物探有限公司.78工程检测专辑 郑柱坚:高应变实测曲线拟合法的基本原理及其应用。
高应变检测基本知识讲解课件.ppt
演示课件
第五步 重锤锤击（重锤低击） 用吊车把重锤吊起，高度是 距桩头2m左右的位置，最 高不能超过2.5m（重锤下落 的距离）；然后用吊车的小 勾，绷紧以后开始松大勾， 在重力的作用下，重锤会自 由落下。
演示课件
第六步 检查采集数据质量及贯入度的合理范围
理想波形
1.二组力和速度时程波形基本一致，峰值前二者重合，峰值后二者 协调。 2.力和速度时程波形最终回归零值。 3.波形采用长度足够，波形拟合法要求信号长度不小于5L/c或 2L/c+20ms。 4.波形无明显的高频杂波干扰，桩底反射明确。 5.贯入度适中，贯入度太小，土强度未充分发挥，贯入度太大，波 形失真。
波形无效（不可进行承载力的波形拟合分析）
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 演示课件
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
演示课件
第三节 检测系统及仪器设备
检测示意图
演示课件
试验仪器及配件
重锤应材质均匀、
形状对称、锤底平
整，高径（宽）比
应在1.0～1.5范围
内，且不得小于1，
重量应大于预估单
架
桩极限承载力的
子
1.0%～1.5%
重锤
演示课件
适配器 连接
应力环
加速 度计 加速度
演示课件
第四节 现场检测技术
第一步 检测前的现场准备工作 第二步 仪器设备的安装与连接 第三步 测试参数设定 第四步 检查和确认仪器、设备的工作状态 第五步 重锤锤击（重锤低击） 第六步 检查采集数据质量及贯入度的合理范围
高应变、低应变(讲课)
目录 Contents
• 高应变与低应变检测概述 • 高应变检测原理及方法 • 低应变检测原理及方法 • 高应变与低应变检测的比较与选择 • 高应变与低应变检测案例分析
01
高应变与低应变检测概述
高应变检测定义
01
高应变检测是一种动力检测方法 ，通过施加较大的冲击力使土体 产生较大的变形，从而测量土体 的动态响应和土体的动力特性。
高应变检测的优缺点
优点
高应变检测能够获取土体的动力参数，如动态弹性模量和阻尼比等，具有较高 的精度和可靠性。同时，高应变检测能够检测桩基、地下连续墙等深基础结构 的质量和安全性。
缺点
高应变检测需要使用重锤或重物等大型设备，操作不便，且对现场环境有一定 要求。同时，高应变检测需要专业技术人员操作和解释结果，成本较高。
04
高应变与低应变检测的比较 与选择
高应变与低应变检测的优缺点比较
优点比较
高应变检测：能够准确反映土体的动 力响应，适用于大型结构物和深部土
体的检测。
低应变检测：对土体扰动小，适用于 小型结构物和浅层土体的检测。
缺点ห้องสมุดไป่ตู้较
高应变检测：对土体扰动大，可能引 起土体结构的破坏，且检测成本较高。
低应变检测：对土体扰动小，但检测 精度相对较低，可能无法准确反映土 体的动力响应。
高应变与低应变检测的选择依据
根据检测目的选择
如果需要准确了解土体的动力响应和结构特性，可以选择高应变检测；如果只需要对土体的浅层结构 和基本性质进行初步了解，可以选择低应变检测。
根据工程规模和复杂程度选择
大型工程和复杂结构的检测需要高应变检测；小型工程和简单结构的检测可以选择低应变检测。
基桩高应变检测数据分析处理要点
基桩高应变检测数据分析处理要点摘要：基桩高应变检测是目前在检测桩的承载力方面最快捷，经济效益最好的检测方法，但从技术方面看，却又是最难准确分析桩身质量和承载力性状的检测方法。
要利用高应变检测获得较为准确的完整性和承载力，好的实测数据以及合理的分析处理两者缺一不可，本文从实测数据出发，通过一些工程实例，论述如何甄别数据的质量，以及对有效数据如何分析处理等要点。
关键词：基桩检测高应变曲线分析处理一、引言高应变试验利用从桩身上直接测试的应力波信号，对桩～土力学模型作一定的假设后，用数值法求解一维波动方程获得桩的承载力和完整性信息，因此，高应变是一种半直接法。
高应变检测所有的分析判定，都必须基于检测到有效的数据曲线。
但在实际检测中，因为场地条件的限制，锤击系统不稳定，桩头处理不合适，传感器安装不当等因素的作用下，很多现场采集到的数据无法反映桩身的力学性状。
而对于能比较完整反映桩身力学性状的数据，在基于怎么样参数选择计算下才能比较准确得出桩的真实承载力，是一个挑战性极高的难题。
因此，如何科学合理辨识数据的优劣，甄别数据的质量，如何合理选择计算参数是一个重要的课题。
二、实测曲线的类型在实际检测过程中，由于受各种因素影响，检测采集到的数据千差万别，有的能比较准确反映桩身力学性状，有的不能；能反映桩身力学性状的曲线我们称之为有效曲线，不能的我们称之为无效曲线：1.无效曲线1.1四通道数据不全（如下图所示：）1.4实测力与速度曲线峰值比例失调（如下图所示：）以上实测的曲线数据，都是典型的不同方面和不同程度上失常的无效曲线，无法反映桩身的完整性信息和承载力状况，不能用作分析判定。
检测时产生这些无效曲线，可能的原因有多种，有的是传感器安装不正确，有的是锤击偏心，有的是因为桩身强度低而导致传感器安装处混凝土开裂或产生严重塑性变形，总之应按实际情况纠正后再重新检测。
对于采集到无效曲线的受检桩，多次采样仍无法采到有效曲线时，应考虑采用其它检测方法验证桩的完整性和承载力。
高应变动测操作介绍
高应变动测一、基本原理本次检测仪器采用美国桩基动力学公司生产的PDA桩基动测仪(PAK型)，检测示意图如下图。
高应变动力试桩的基本原理是：用重锤冲击桩顶，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力和加速度传感器接收桩的应力波信号，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。
二、检测仪器及设备：1、测试仪器：PDA打桩分析仪、2、锤击设备：10吨重锤3、贯入度测量仪器：精密水准仪，铟钢尺4、分析设备及分析软件：笔记本电脑、CAPWAP软件三、检测时间：高应变测试在静载试验前检测。
四、现场检测：1、桩头加固处理具体见抗压静载试验试桩桩顶加固方案。
2、锤击装置安装为了减小锤击偏心和避免击碎桩头，我们将保证锤击装置与桩身对中且平稳地冲击桩顶。
3、传感器安装为了减小锤击在桩顶产生的应力集中和对锤击偏心进行补偿，传感器会安装在距桩顶一定的距离以下，一般取1.5倍桩径。
检测时将对称安装冲击力F和桩身质点速度v传感器各两个，传感器安装见下4、桩垫或锤垫本项目将采用自由落锤装置，桩头顶部设置桩（锤）垫，可采用10～30mm厚的木板或胶合板等材料。
a)检查和确认仪器的工作状态b)高应变检测时，一般情况下桩头不宜重复多次锤击，因此检测工程师会在锤击前检查和识别仪器的工作状态。
主要是：利用仪器内置标准的模拟信号触发所有测试通道进行自检，以确认包括传感器、连接电缆在内的仪器系统是否处于正常工作状态。
c)重锤低击采用自由落锤，确保重锤低击，最大锤击落距不宜大于1.5m。
8、检查采集数据质量检测时应及时检查采集数据的质量；每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大动位移﹑贯入度以及桩身最大拉、压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。
发现测试波形紊乱，应分析原因；桩身有明显缺陷或缺陷程度加剧，应停止检测。
四、数据分析1、实测曲线拟合法判定单桩承载力实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。
高应变法检测.pptx
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⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上；同侧的应变传感器 与加速度传感器的水平距离不宜大于80mm（60～80mm）。传感器的中心轴应与桩中 心轴保持平行。
⑶各传感器的安装面材质应均匀、密实、平整，并与桩轴线平行，否则应采用 磨光机将其磨平。
⑷安装螺栓的钻孔应与桩侧表面垂直，应力传感器的安装螺栓连线应与桩中心 轴保持平行并垂直与地平面。
⑸安装完毕后的传感器应紧贴桩身表面，锤击时不得产生滑动，安装应变式传 感器时应对初始应变值进行监控。
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3、锤击
⑴锤击设备的要求
①锤击设备宜具有稳固的导向装置；打桩机械或类似的装置（导杆式柴 油锤除外，因为导杆式柴油锤荷载上升时间过于缓慢，容易造成速度响应信 号失真）都可作为锤击设备。 ②高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径（宽）比 不得小于1，并采用铸铁或铸刚制作。当采取自由落锤安装加速度传感器的 方式实测锤击力时，重锤应整体铸造，且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。 形状扁平的锤更容易造成锤击偏心、击碎桩头，应变式力传感器器对锤击偏 心很敏感，可以使某一侧混凝土表现出非线性、塑性变形或开裂，使实测的 力信号成为垃圾，锤高度的减少本身会减少力的作用时间，影响测试效果。 ③进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩极限载力的 1.0～1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。 高应变检测要求既有足够的能量又有足够的桩—土相对位移，足够的能 量是保证足够位移的必要条件，但不充分。轻锤锤击
一、高应变法的检测原理
1、概述
高应变法是一种用重锤冲击桩顶，冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使桩—
高应变检测基本知识讲解
波动方程
描述应力波在固体中传播规律的偏微 分方程。
常用的波动方程有拉普拉斯方程、哈 密顿方程等。
边界条件和初始条件
边界条件
描述波在物体边界上的行为，如反射、 透射等。
初始条件
描述波在初始时刻的状态，如初速度、 初应变等。
波动传播和接收
传播过程
应力波在物体中传播，受到物体的吸收、散射等作用，逐渐衰减。
机械工程
在机械工程领域，高应变检测可用于评估设备的疲劳寿命和承载能 力，如航空航天器、船舶、重型机械等。
高应变检测的重要性
结构安全评估
高应变检测能够准确测量结构物 的应变和应力，从而评估其承载 能力和安全性。这对于预防结构 物因过载或疲劳导致的破坏具有
重要意义。
健康监测
高应变检测可以对结构物的健康 状况进行实时监测，及时发现潜 在的损伤和问题，为采取相应的
05
高应变检测的挑战与未来发 展
检测精度和可靠性的提高
检测精度
高应变检测技术需要不断提高检测精度 ，以更准确地评估结构或材料的性能。
VS
可靠性
确保检测结果的可靠性和稳定性，减少误 差和不确定性，提高检测的可信度。
智能化和自动化技术的应用
智能化
利用人工智能和机器学习技术，实现 高应变检测的智能化，提高检测效率 和准确性。
高应变检测具有高精度和高灵敏度的特点，能够检测到结构物在冲击力作用下的微小变化，从而对结 构物的健康状况和承载能力进行评估。
高应变检测的应用领域
建筑结构
高应变检测广泛应用于建筑结构的健康监测和安全性评估，如桥 梁、高层建筑、大跨度结构等。
土木工程
土木工程中的大型基础设施，如大坝、隧道、高速公路等，也经常 采用高应变检测进行安全评估和监测。
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。
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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。