管桩缺陷反射波法检测的有限元数值模拟研究

论文摘要

近十几年来,管桩作为一种新型的工程基桩得到迅速发展并逐步走向成熟。然而,桩身的质量问题会对工程质量留下难以想象的隐患,如何准确地检测管桩的桩身完整性具有重要的工程意义。低应变反射波法是目前应用最广泛的管桩完整性检测方法,其理论基础为一维波动理论,但是很多情况下其精度和可靠性不能满足工程需要,为改进目前反射波法桩基动测技术存在的问题,本文应用ABAQUS有限元分析软件对锤-桩-土体系进行数值模拟,对其速度信号进行分析,为实际工程检测提供参考依据。本文主要研究内容及其成果包括以下几个方面:在数值模拟方面,本文应用ABAQUS有限元分析软件建立锤-桩-土体系模型,提出了在建模时应该注意的问题及基本假定,并应用“峰-峰”法计算桩身的波速,验证了有限元模型的正确性和可靠性,为完整桩和缺陷桩的模拟奠定了坚实的基础。应用ABAQUS软件建立锤-桩-土体系模型,验证了摩擦桩和端承桩都具有等时性反射的规律;分析了桩顶面不同接收点对反射波形的影响;通过改变桩周土参数,分析应力波传播随着桩周土弹性模量以及土阻尼系数的变化规律。通过对应力波传播特性进一步的研究和分析,为实际工程中检测提出了一些判读标准。着重对断桩、半断桩和1/4截面断桩等不同缺陷类型的管桩进行了模拟分析,得到了较为理想的结果;其中着重对局部断裂管桩进行了模拟和分析,建立了浅部断裂桩、中部断裂桩和深部断裂桩三组模型,通过对不同缺陷部位管桩中激振点与裂缝在桩身的同侧和异侧进行对比,我们得到了应力波波速随着管桩缺陷位置变化而变化的规律,所得结论对反射波法检测管桩全截面断裂和局部断裂有较大的指导作用,为实际工程检测提出了一些更为精确的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 管桩研究现状及分析
• 1.3.2 桩基动测技术的研究现状及分析
• 1.3.3 低应变反射波法简介
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 反射波法原理介绍及有限元建模分析
• 2.1 引言
• 2.2 管桩反射波法检测基本原理
• 2.2.1 波动方程及其解的形式
• 2.2.2 弹性波在桩中的传播
• 2.3 有限元模型的建立及分析
• 2.3.1 锤-桩-土体系有限元模型的建立
• 2.3.2 完整桩有限元模型验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 完整桩反射波影响因素分析
• 3.1 引言
• 3.2 等时性反射
• 3.3 不同接收点对反射波形的影响
• 3.4 桩周土对桩身反射波的影响
• 3.4.1 锤-桩-土体系下反射波动测曲线分析
• 3.4.2 土阻力对桩中脉冲波幅值的影响
• 3.4.3 土阻尼系数对桩中脉冲波幅值的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 缺陷管桩反射波信号变化研究
• 4.1 引言
• 4.2 管桩缺陷形成的主要原因
• 4.2.1 植桩过程形成的缺陷
• 4.2.2 操作形成的缺陷
• 4.3 断裂管桩的反射波曲线的几种类型
• 4.4 桩身全截面断裂反射波分析
• 4.4.1 全截面断桩有限元模型的建立
• 4.4.2 算例结果与分析
• 4.5 桩身局部开裂反射波分析
• 4.5.1 局部开裂桩有限元模型的建立
• 4.5.2 算例结果与分析
• 4.6 初始波滞后现象的研究
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢