基桩缺陷反射波法检测数值模拟分析

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低应变反射波法是当前应用比较广泛的一种基桩完整性检测方法,以简化的一维弹性杆件波动原理为理论基础,现场测试往往只对缺陷进行简单的类型判别,而对于不同程度缺陷的应力波反射规律却认识不够,为更加准确的判别各类不同程度缺陷,本文应用ABAQUS/Expilcit有限元分析软件建立锤-桩-土体系模型,通过完整桩和各类不同缺陷程度基桩数值计算,得到应力波速度信号并总结分析相应规律,通过与实际现场数据对比进行验证,得到对实际工程检测有重要指导意义的相关结论。主要研究内容及其成果包括以下几个方面:根据考虑桩侧土阻尼作用改进桩土计算模型,得到桩侧均质土条件下完整桩在桩顶激振作用下的定解问题,运用分离变量法得出桩顶处瞬态响应解析解,进一步分析动测响应特征和应力波反射和透射特征。应用ABAQUS/Expilcit有限元分析软件建立桩-土体系模型,结合工程实例通过在加载区域采用力幅值加载的方式匹配合适的振源,提出了有限元前处理应该注意的问题及基本假设,并应用“峰-峰”法计算桩身的波速,通过对比完整桩数值计算结果与现场实测结果验证了有限元模型的可靠性,为缺陷桩的模拟分析奠定了基础。通过计算桩土模型自振频率得到桩侧土刚度阻尼系数和质量阻尼系数,分析应力波传播随着桩周土弹性模量以及土阻尼系数变化的规律。通过对应力波传播特性的分析和研究,为实际工程中检测提供了相应的参考依据。本文对基桩内侧和外侧缩径、离析、扩径缺陷进行了模拟分析,其中着重对内外侧缩径离析面积所占桩截面不同比例和不同缺陷厚度进行模拟和分析,通过对桩顶入射波波幅和缺陷处反射波波幅的幅值变化进行分析,得到了缺陷程度不同对应力波速’的影响规律,得出在桩侧均质土条件下,考虑桩侧土阻尼对应力波速影响下,各种缺陷桩桩顶入射波幅与缺陷处反射波幅比值Y(A0/A1)和缺陷面积所占桩截面积比例·X之间的拟合方程,对解决实际现场测试工作的两大问题:缺陷的准确定性和快速量化具有重要的价值。
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