CN109138004B - 一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法，包括将重锤由低至高提至不同高度，通过桩顶以下对称两侧应变环及加速度计记录不同次锤击冲击产生的应变及加速度响应信号，由测点位置实测信号得到不同次锤击实测冲击力和实测质点速度；由不同次锤击实测力及桩土相互作用模型预设参数计算相应锤次质点速度理论值；由不同次锤击质点速度实测值与理论计算值差值建立与桩土参数有关的目标函数；调整模型参数，当前后步目标函数差值小于预设误差时，得到极限承载力计算值及其它桩土相互作用模型参数。本发明对基桩不同高度锤击测试，增加了反演分析数据量，提高了优化目标函数对桩土相互作用参数变化的敏感性，降低了反演分析中解的不确定性。

Description

一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法

技术领域

本发明涉及地基基础领域，具体涉及到基础单桩承载力测试及分析，适用于道路桥梁、民用及工业建筑、码头、发电厂等有单桩基础工程。

背景技术

基桩极限承载力测试对基础工程安全非常重要，常用的测试有荷载法、堆载法及自平衡法等。这些方法虽然结果直观、精度高，但耗时、成本高、操作复杂。高应变动测法是上世纪六十年代发展起来的一种基桩承载力测试方法，然而，该方法解唯一性及精度受以下因素影响。(1)测试因素：落锤在桩顶落点位置偏差产生的桩顶截面受力不均匀，测量传感器安装位置处混凝土不均匀性以及传感器与桩体耦合程度，这些因素会产生测试误差；(2)桩及桩土模型：桩体一般不是均匀的柱体，甚至有变截面存在，严格地讲，波在柱体中传播是不符合一维波动理论，然而，实测数据分析是基于一维波动理论假设，这种近似理论引入计算值与实测值差异易被误认为是由桩土相互作用模型参数变化产生的。在动荷载下，桩土相互作用模型要考虑桩土加载—滑动—卸载—反向加载—反向卸载这样循环过程，同时也要考虑桩体中波向土体辐射。桩周土性、施工工艺、围压等因素会影响桩土相互作用及波在桩土***传播，一些改进桩土相互作用模型为了考虑这些因素影响，模型越来越复杂，导致模型参数不断增加，一些参数在反演计算中相关性较高，这些参数变化对质点速度计算值变化影响类似的，这样，无法确定哪些参数调整是合理的；(3)离散因素：由于桩土相互作用模型复杂，无法得到桩土***动力响应的解析解，常将桩离散成一组桩单元，采用离散法计算桩土***动力响应，离散法假设桩单元的桩土参数均匀，且桩土相互作用力集中于桩单元交界面。离散误差随着桩单元长度增加，这些误差随计算时间增加会不断累积；(4)反演分析因素：待定桩土相互作用模型参数多，以实测力或质点速度为边界条件，构筑方程数量甚至会少于待定模型参数数量，在数学上，方程是欠定的，不足以有效确定待定参数。此外，若某个模型参数有较大的变化，质点速度计算值变化不大，即，计算值对该参数变化不敏感。由于拟合过程的终止是基于前后计算步质点速度实测值与计算值间差异，反演对参数变化不敏感会导致分析结果的不确定性。

传统单锤信号分析方法为了避免在拟合过程桩土参数相关性及质点速度计算值对参数变化的不敏感性，在加载、滑动、卸载等不同阶段波形采用不同参数调整方法；通过增加测试信号分析时间段长度，来确定桩底参数并修正桩侧参数。但实际桩长几何参数不同，落锤重量及高度也不同，桩土相互作用加载、滑动、卸载时间区间划分困难，此外，桩底后续反射波响应信噪比较低也不利于增加分析时间段长度。以上分析表明在基桩承载力高应变动力测试中难以“一锤定音”，计算结果具有不确定性，从而影响动力试桩在实际工程中推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、在距离基桩桩顶上方不同高度处，通过重锤对所述桩顶进行多次锤击，并在每一次锤击时，获取安装端面的实测力曲线以及所述安装端面的质点速度实测曲线；

步骤S2、根据信号采集时间间隔、安装端面位置至桩底的测试长度和波在该测试长度内的平均波速，将安装端面位置至桩底区间基桩划分为一组等长度的基桩单元，每个基桩单元内材料特性、截面均匀，根据桩土相互作用物理模型，确定所有基桩单元的桩土相互作用的模型参数集合，建立基于所述模型参数集合的约束条件；

步骤S3、以每一次锤击时的所述实测力曲线为力边界条件，求解桩土***偏微分波动方程，得到每一次锤击时所述安装端面的质点速度计算曲线，所述质点速度计算曲线与所述桩土相互作用的模型参数有关；

步骤S4、根据每一次锤击时的所述质点速度计算曲线和所述质点速度实测曲线间差异，建立反映质点速度计算曲线与质点速度实测曲线差异的目标函数；

步骤S5、在所述约束条件内，调整所述模型参数集合中的桩土相互作用的模型参数，求解所述目标函数，得到目标函数值，当参数调整前、后的所述目标函数值差值小于预设误差值，完成反演分析，由此时桩土相互作用的模型参数得到基桩承载力。

本发明的有益效果是：本发明克服现有高应变基桩承载力测试分析中测试误差、模型误差、离散误差、分析误差等导致反演分析桩土参数存在解的不确定性及精度不高等问题，为基桩设计提供了科学依据，为工程安全提供了保障。其中，多次锤击对应有多组数据，增加了分析数据量，有效克服了现有高应变基桩承载力测试中测试误差对测试数据影响；对多次锤击质点速度曲线实测值与计算值差异构建目标函数，降低了反演分析中模型误差、离散误差、方法误差对分析影响，提高了分析精度；施加桩土参数约束，赋予这些参数实际物理意义。通过这些方法有效解决了反演分析桩土参数存在解的不确定性及精度不高问题。

附图说明

图1为一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法的流程框图；

图2为基桩单元及桩土相互作用物理模型；

图3为桩底桩土相互作用力随相对位移变化图；

图4为桩侧桩土相互作用力随相对位移变化图；

图5为重锤提至高度h₁＝0.6m情况下实测力F_m(t)及波阻抗·实测质点速度Z_tV_m(t)曲线图；

图6为重锤提至高度h₂＝0.9m情况下实测力F_m(t)及波阻抗·实测质点速度Z_tV_m(t)曲线图；

图7为重锤提至高度h₃＝1.2m情况下实测力F_m(t)及波阻抗·实测质点速度Z_tV_m(t)曲线图；

图8为重锤提至起始高度h₁＝0.6m情况下波阻抗·质点速度实测曲线Z_tV_m(t)和波阻抗·质点速度计算曲线Z_tV_c(t)比较；

图9为重锤提至起始高度h₂＝0.9m情况下波阻抗·质点速度实测曲线Z_tV_m(t)和波阻抗·质点速度计算曲线Z_tV_c(t)比较；

图10为重锤提至起始高度h₃＝1.2m情况下波阻抗·质点速度实测曲线Z_tV_m(t)和波阻抗·质点速度计算曲线Z_tV_c(t)比较；

图11为多锤联合反演计算的荷载P与沉降S曲线图；

图12为多锤联合反演计算的侧摩阻力分布及荷载传递曲线图。

附图2中，各标号所代表物理模型元件如下：

1-桩底滑移块，2-桩底弹簧，3-桩底阻尼壶，4-桩底附加质量， 5-桩底辐射弹簧，6-桩底辐射阻尼，7-桩底辐射质量，8-桩侧滑移块， 9-桩侧弹簧，10-桩侧阻尼壶，11-桩侧辐射弹簧，12-桩侧辐射阻尼， 13-桩侧辐射质量。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法框图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、在距离基桩桩顶上方不同高度处，通过重锤对所述桩顶进行多次锤击，并在每一次锤击时，获取安装端面的实测力曲线以及所述安装端面的质点速度实测曲线；

步骤S2、根据信号采集时间间隔、安装端面位置至桩底的测试长度和波在该测试长度内的平均波速，将安装端面位置至桩底区间基桩划分为一组等长度的基桩单元，每个基桩单元内材料特性、截面均匀，根据桩土相互作用物理模型，确定所有基桩单元的桩土相互作用的模型参数集合，建立基于所述模型参数集合的约束条件；

步骤S3、以每一次锤击时的所述实测力曲线为力边界条件，求解桩土***偏微分波动方程，得到每一次锤击时所述安装端面的质点速度计算曲线，所述质点速度计算曲线与所述桩土相互作用的模型参数有关；

步骤S4、根据每一次锤击时的所述质点速度计算曲线和所述质点速度实测曲线间差异，建立反映质点速度计算曲线与质点速度实测曲线差异的目标函数；

步骤S5、在所述约束条件内，调整所述模型参数集合中的桩土相互作用的模型参数，求解所述目标函数，得到目标函数值，当参数调整前、后的所述目标函数值差值小于预设误差值，完成反演分析，由此时桩土相互作用的模型参数得到基桩承载力。

需要说明的是，步骤S3中的计算质点速度的求解过程可由现有特征线方法实现。

本实施例旨在基桩高应变承载力测试中，通过对单桩数次不同高度锤击信号联合反演分析，得到基桩极限承载力及其它桩土相互作用参数，包括：将重锤自低至高提至不同锤击高度，依次锤击桩顶，通过在桩顶面以下桩侧部位安装测量传感器，接收安装截面应变及加速度信号，进而计算得到安装截面实测力曲线和实测质点速度曲线，由质点速度积分可得质点位移曲线。最后一锤确保使桩打动，即，桩土间有塑性不可恢复相对位移。基于波动理论，由实测力及桩土相互作用模型参数计算质点速度；由不同次锤击下安装截面质点速度曲线实测值与计算值差值建立与桩土相互作用模型参数有关的目标函数；调整桩土相互作用模型参数，当前后步目标函数值小于预设误差时，不同次锤击下质点速度实测值与计算值达到最佳匹配，得到极限承载力计算值及其它桩土相互作用模型参数。

本实施例与现有高应变测试单锤数据分析相比，克服现有测试分析中测试误差、模型误差、离散误差、分析误差等导致反演分析桩土参数存在解的不确定性及精度不高等问题，为基桩设计提供了科学依据，为工程安全提供了保障。其中，多次锤击对应有多组数据，增加了分析数据量，有效克服了现有测试分析中测试误差对测试数据影响；由多次锤击实测值与计算值差异构建目标函数降低了反演分析中模型误差、离散误差、方法误差对分析影响，提高了优化目标函数对桩土相互作用模型参数变化的敏感性；施加桩土参数约束，赋予这些参数实际物理意义。通过这些方法有效解决了反演分析桩土参数存在解的不确定性及精度不高问题。通过增加分析数据数量，减少了测试误差对分析结果影响，提高了优化目标函数对桩土相互作用模型参数变化的敏感性，该方法有效降低了反演分析中多解问题，提高基桩极限承载力分析精度。

其中，所述步骤S1中，获取安装端面的实测力曲线以及所述安装端面的质点速度实测曲线具体包括：

通过应变环测试安装端面的应变信号ε_m(t)，由所述应变信号ε_m(t)、所述安装端面的截面积及波速参数得到所述安装端面的实测力曲线F_m(t)；通过加速度传感器测试所述安装端面的加速度信号a_m(t)，将所述加速度信号a_m(t)积分计算得到所述安装端面的质点速度实测曲线V_m(t)，其中,所述安装端面为所述应变环和所述加速度传感器安装在距所述基桩桩顶以下的同一个截面。

其次，本发明的分析方法中，所述步骤S2中将安装端面位置至桩底区间基桩划分为一组等长度的基桩单元，每个基桩单元内材料特性、截面均匀，具体包括如下步骤：

a、根据公式

计算波在所述测试长度内行进一个来回所需的采样点数N_s，其中，Δτ为所述信号采集时间间隔，L_g为所述安装端面位置至桩底的测试长度，

为所述平均波速，符号Int表示对计算值取整；

b、根据公式N_e＝Int(N_s/N_max)+1，计算所述采样点数N_s相对于 N_max的倍数N_e，其中，N_max为预设的所述基桩单元数量；

c、根据公式N＝Int(N_s/N_e)，计算所述基桩实际单元数量N；

d、根据所述基桩实际单元数量N，由ΔL＝L_g/N，计算所述基桩单元的长度ΔL。

另外，步骤S2中的桩土相互作用物理模型可见图2，图中模型元件数字标记1表示桩底滑移块，在滑移块受力达到桩底加载滑移阻力临界值R_tL之前，滑移块受力就是模型中桩底弹簧元件提供的弹簧力，随桩土相对位移变化，达到桩底加载滑移阻力临界值R_tL时，滑移块在临界力R_tL作用下滑动；标记2表示桩底弹簧，弹簧力随桩土相对位移线性变化，加载、卸载段的弹簧刚度系数不同；标记3表示桩底阻尼壶，阻尼系数用J_t表示，加载速率产生的动阻力R_td＝R_t·J_t·V_t，这里，R_t为桩底静阻力，V_t为桩底质点速度；标记4表示桩底附加质量(土塞质量)，用M_t表示，反映与桩体一起振动桩底土质量；标记 5表示桩底辐射弹簧，刚度系数用K_ta表示；标记6表示桩底辐射阻尼，阻尼系数用J_ta表示；7表示桩底辐射质量，用m_ta表示；模型元件标记5、6、7组合用于描述桩体波在桩底向周围土体辐射；标记8表示桩侧滑移块，当加载达到滑移静阻力临界值R_sL，滑移块在临界力R_sL作用下滑动；当卸载达到卸载滑移静阻力临界值R_su，滑移块在临界力R_su作用下反向滑动；标记9表示桩侧弹簧，加载、卸载段的弹簧刚度系数不同；标记10表示桩侧阻尼壶，阻尼系数用J_s表示，加载速率产生的动阻力

这里，R_s0为基桩单元静阻力，V_s为桩单元质点速度；标记11表示桩侧辐射弹簧，刚度系数用K_sa表示；标记12表示桩侧辐射阻尼，阻尼系数用J_sa表示；标记13表示桩侧辐射质量，用m_sa表示；模型元件标记11、12、13组合用于描述桩体波向桩侧周围土体辐射。

其中，图2中标记1和2模型元件描述的桩底土静阻力随桩底土相对位移变化见图3，图中R_t和u_t分别表示桩底土静阻力和桩土间相对位移，G_ap为桩底与桩底土间隙，反映桩底土沉渣影响，s_tip为桩底塑性位移。图2中标记8和9模型元件描述所述基桩单元桩侧土静阻力随该单元与土相对位移变化见图4，图4中R_s0和u_s分别表示基桩单元桩侧土静侧阻力和桩土间相对位移。以上所述的基桩单元桩侧土静侧阻力及桩底土静阻力均为单位面积的阻力。

将以上所述的桩土相互作用模型参数用集合表示，桩底桩土相互作用模型参数集合表示为χ_t＝{R_tL,Q_tL,Q_tu,J_t,K_ta,J_ta,m_ta,M_t,G_ap}，基桩单元桩侧桩土模型参数集合表示为χ_s,i＝{R_sL,R_su,Q_sL,Q_su,J_s,K_sa,J_sa,m_sa}_i， i＝1,…，N，其中，N代表所述基桩单元数量，i代表每个所述基桩单元的编号。

关于步骤S2中描述的基于模型参数集合的约束条件，具体包括：

a、根据国家或地区不同类型土性对应的侧阻力范围统计值对所述基桩单元加载滑移静侧阻力设置约束，用符号

表示某一土性侧阻力范围统计值，第i个基桩单元位于该土性土层中，为确保模型参数的物理意义，对该基桩单元桩侧桩土相互作用模型部分参数设置如下约束：

i、加载滑移静侧阻力R_sL,i需满足条件：

ii、卸载滑移静侧阻力R_su,i需满足条件：R_su,i≤R_sL,i；

iii、卸载弹限Q_su,i需满足条件：Q_su,i≤Q_sL,i；

b、用符号

表示桩底土性提供的端承力范围统计值，对桩底桩土模型参数施加如下约束：

i、桩底加载滑移阻力R_tL需满足条件：

ii、桩底卸载弹限Q_tu需满足条件：Q_tu≤Q_tL；

iii、桩底附加土质量M_t需满足条件：M_t＜1.5a³ρ；

iV、桩底辐射质量m_ta需满足条件：m_ta＜a³ρ；

其中，ρ为所述基桩的桩体密度，

为桩底截面等效半径， A_t为桩底截面积。

需要说明的是，优选地，在本发明提供的实施例中，在步骤S3 中采用离散方法求解桩土***偏微分波动方程之前，还对所述实测力曲线和所述质点速度实测曲线进行离散化处理，离散点时间间隔为 2Δt，这里，

为波在一个所述基桩单元的长度内传播所需时间。基于此，在步骤S3中，以每一次锤击时的实测力为力边界条件，由以上所述桩土相互作用模型参数，求解桩土***偏微分波动方程，得到每一次锤击时安装截面的质点速度计算曲线。其中，具体的求解过程可由现有特征线方法实现，在此不再赘述。

步骤S4中，根据每一次锤击时的质点速度计算曲线和质点速度实测曲线间差异，建立反映质点速度计算曲线与质点速度实测曲线差异的目标函数，其中，目标函数表示为：

式中，

其中，δ为由不同次锤击目标函数构建的总目标函数，n为总锤击次数，δ_k(χ_s,χ_t)为第k次锤击对应的质点速度计算曲线与质点速度实测曲线差值绝对值构建的目标函数，α_k为第k次锤击对应的加权系数， M＝2N为质点速度实测曲线的离散点的数量；j为所述离散点编号， V_c,k(j)表示第k次锤击时所述安装端面处质点速度第j个离散点处计算值，V_m,k(j)为第k次锤击时所述安装端面处质点速度第j个离散点处实测值，第j离散点对应的时间t＝2jΔt，

为第k次锤击时所述安装端面处的质点速度最大实测值。

可选地，本发明提供的实施例中，n＝3，取第一次锤击加权系数α₁＝0.25，第二次锤击加权系数α₂＝0.35，第三次锤击加权系数α₃＝0.4。

需要说明的是，多锤击信号联合反演基桩承载力分析方法中的测试步骤包括如下：

(1)在距桩顶面2D(D＝桩径)以下位置桩体一侧并列安装加速度传感器及应变环，在所述位置对称的另一侧位置也并列安装加速度传感器及应变环；

(2)由安装位置处桩截面几何尺寸参数，利用透射波法，由透射波在对称安装位置行走距离及时间计算安装截面平均波速；

(3)由混凝土密度及平均波速，计算安装位置混凝土弹性模量，由混凝土密度及安装位置截面面积，计算安装位置桩波阻抗 Z_t＝(ρcA)_t。

(4)按单桩设计承载力1～1.5％选择重锤，将重锤提至起始高度 h₁，记录测试加速度及应变响应随时间变化，将实测的质点加速度响应积分得到质点速度响应，二次积分得到质点位移；

(5)利用应变信号、安装位置截面参数及弹性模量，得到力响应信号，由力响应信号得到最大冲击力F_max；

(6)利用测试桩长L_g、下行波上升沿及上行波下降沿计算波在桩体平均速度

(7)将落锤提高至高度h₂、h₃，重复以上的测试及数据处理过程，最后一锤确保桩土间有相对塑性位移。

用以下实例说明本发明实施过程：

某基桩的桩长L_T＝36m，桩径D＝0.8m,混凝土密度ρ＝2450kg/m³，根据场地地质报告，桩周土层自上而下分别为：淤泥层厚1～2.5m，淤泥质土层厚1～4m，粘土层厚5～9m，粉质粘土层厚4～5m，粉细砂层厚 2.6～5.3m，中砂层厚6～11m，持力层砾砂层厚4.5m～10.7m。单桩极限承载力设计值5500kN。

多锤击信号联合反演基桩承载力分析方法中的测试步骤如下：

A:距桩顶面2m位置对称安装加速度传感器及应变环，安装位置至桩底的测试长度L_g＝34m，测试锤重6000kg。

B:用透射波法确定安装截面混凝土波速c_t＝3700m/s；

C:由安装位置混凝土密度、截面积、平均波速，计算安装截面波阻抗Z_t＝(ρcA)_t；

D:将重锤提至起始高度0.6m，按采样时间间隔Δτ＝60us，采集加速度及应变响应信号，信号采集点数1024。按公式：

F_m(t)＝A_tE_tε_m(t)

由安装位置应变计算安装位置截面作用力，这里A_t为安装位置截面积，安装位置混凝土杨氏模量E_t＝ρc_t ²，由加速度积分得到质点速度

实测F_m(t)及Z_tV_m(t)曲线见图5；

E:由下行波上升沿及上行波下降沿及测试长度L_g得到桩平均波速

F:将重锤提高至0.9m，实测F_m(t)及Z_tV_m(t)曲线见图6；

G:将重锤提高至1.2m，实测F_m(t)及Z_tV_m(t)曲线见图7；

分析步骤如下：

(1)根据上述步骤S1到步骤S4，计算桩单元N＝46，以及单元长度ΔL＝34/46≈0.74m；

(2)根据低应变完整性检测，基桩结构基本完整，由密度、平均波速及桩径，取各基桩单元阻抗值

周长 l_c＝πD；

(3)取图2所示的桩侧及桩底土相互作用模型，所述桩底桩土模型参数集合表示为χ_t＝{R_tL,Q_tL,Q_tu,J_t,K_ta,J_ta,m_ta,M_t,G_ap}；所述基桩单元的桩侧桩土模型参数集合表示为χ_s,i＝{R_sL,R_su,Q_sL,Q_su,J_s,K_sa,J_sa,m_sa}_i；

(4)用特征线法由不同次实测力曲线及桩土相互作用模型参数得到测量位置质点速度计算曲线，由质点速度计算曲线及实测曲线，建立目标函数；

(5)由建筑桩基技术规范JGJ94-94中侧阻力、端阻力建议取值范围，桩周各土层侧阻力、端阻力取值范围分别为:淤泥层5～20kPa，淤泥质土10-25kPa，粘土15-30kPa；粉质粘土20-45kPa；粉细砂30-60 kPa，中砂40-70kPa，砾砂80-145kPa,砾砂层端承1200-3000kPa；

(6)以土层侧阻力取值范围按±20％浮动，设置位于各土层的基桩单元加载滑移静侧阻力约束范围

(i)对位于淤泥层编号i所述基桩单元，R_sL,i约束范围为 [4,24]kPa；

(ii)对淤泥质土，取[8,30]kPa；

(iii)对粘土层，取[12,36]kPa；

(iV)对粉质粘土，取[16-54]kPa；

(V)对粉细砂，取[24,72]kPa；

(Vi)对中砂，取[32,84]kPa；

(Vii)对砾砂，取[64,174]kPa；

此外，对编号为i任一基桩单元，卸载滑移静侧阻力R_su,i要求满足条件：R_su,i≤R_sL,i，卸载弹限Q_su,i要求满足条件：Q_su.i≤Q_sL,i；

(7)以桩端砾砂层端承力取值范围按±20％浮动，设置桩底加载滑移阻力R_tL约束范围取[960,3600]kPa；

设定桩端卸载与加载弹限间约束关系Q_tu≤Q_tL；对圆截面桩，桩底附加土质量M_t要求满足的条件M_t＜1.5a³ρ中的a就是桩半径 r＝D/2＝0.4m；

附加质量(土塞质量)M_t＜(1.5r³ρ)≈240kg，辐射质量 m_ta＜r³ρ≈160kg；

(8)采用优化分析，不断调整桩土相互作用模型参数集合中桩土参数，设定终止计算误差ε₀＝10^-3，当相邻计算步目标函数值小于设定误差，终止计算，不同高度质点速度曲线计算值与实测值比较分别见图8～图10；

(9)模拟的荷载P与沉降S曲线见图11，侧摩阻力分布及荷载传递如图12，计算极限承载力5810kN,该桩满足设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多锤击信号联合反演基桩承载力的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、在距离基桩桩顶上方不同高度处，通过重锤对所述桩顶进行多次锤击，并在每一次锤击时，获取安装端面的实测力曲线以及所述安装端面的质点速度实测曲线；

步骤S2、根据信号采集时间间隔、安装端面位置至桩底的测试长度和波在该测试长度内的平均波速，将安装端面位置至桩底区间基桩划分为一组等长度的基桩单元，每个基桩单元内材料特性、截面均匀，根据桩土相互作用物理模型，确定所有基桩单元的桩土相互作用的模型参数集合，建立基于所述模型参数集合的约束条件；

步骤S3、以每一次锤击时的所述实测力曲线为力边界条件，求解桩土***偏微分波动方程，得到每一次锤击时所述安装端面的质点速度计算曲线，所述质点速度计算曲线与所述桩土相互作用的模型参数有关；

步骤S4、根据每一次锤击时的所述质点速度计算曲线和所述质点速度实测曲线间差异，建立反映质点速度计算曲线与质点速度实测曲线差异的目标函数；

步骤S5、在所述约束条件内，调整所述模型参数集合中的桩土相互作用的模型参数，求解所述目标函数，得到目标函数值，当参数调整前、后的所述目标函数值差值小于预设误差值，完成反演分析，由此时桩土相互作用的模型参数得到基桩承载力。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S1中获取安装端面的实测力曲线以及所述安装端面的质点速度实测曲线具体包括：

通过应变环测试安装端面的应变信号ε_m(t)，由所述应变信号ε_m(t)、所述安装端面的截面积及波速参数得到所述安装端面的实测力曲线F_m(t)；通过加速度传感器测试所述安装端面的加速度信号a_m(t)，将所述加速度信号a_m(t)积分计算得到所述安装端面的质点速度实测曲线V_m(t)；

其中,所述安装端面为所述应变环和所述加速度传感器安装在距所述基桩桩顶以下的同一个截面。

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2中将安装端面位置至桩底区间基桩划分为一组等长度的基桩单元具体包括：

a、根据公式

计算波在所述测试长度内行进一个来回所需的采样点数N_s，其中，Δτ为所述信号采集时间间隔，L_g为所述安装端面位置至桩底的测试长度，

为所述平均波速，符号Int表示对计算值取整；

b、根据公式N_e＝Int(N_s/N_max)+1，计算所述采样点数N_s相对于N_max的倍数N_e，其中，N_max为预设的所述基桩单元数量；

c、根据公式N＝Int(N_s/N_e)，计算所述基桩单元数量N；

d、根据所述基桩单元数量N，由ΔL＝L_g/N计算所述基桩单元的长度ΔL。

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述模型参数集合包括：桩底桩土模型参数集合和各个所述基桩单元的桩侧桩土模型参数集合；

a、所述桩底桩土模型参数集合表示为χ_t＝{R_tL,Q_tL,Q_tu,J_t,K_ta,J_ta,m_ta,M_t,G_ap}，其中，R_tL为桩底加载滑移阻力，Q_tL为桩底加载弹限，Q_tu为桩底卸载弹限，J_t为桩底阻尼系数，K_ta为桩底辐射弹簧刚度系数，J_ta为桩底辐射阻尼系数，m_ta为桩底辐射质量，M_t为桩底附加土质量，G_ap为桩底与桩底土间隙；

b、所述各个基桩单元的桩侧桩土模型参数集合表示为χ_s,i＝{R_sL,R_su,Q_sL,Q_su,J_s,K_sa,J_sa,m_sa}_i，i＝1,…，N，其中，N为所述基桩单元数量，i为所述基桩单元的编号，R_sL为所述基桩单元加载滑移静侧阻力，R_su为所述基桩单元卸载滑移静侧阻力，Q_sL为所述基桩单元加载弹限，Q_su为所述基桩单元卸载弹限，J_s为所述基桩单元阻尼系数，K_sa为所述基桩单元辐射弹簧刚度系数，J_sa为所述基桩单元辐射阻尼系数，m_sa为所述基桩单元辐射质量。

5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述约束条件包括基桩单元的以下桩侧桩土模型参数及桩底桩土模型参数：

a、根据国家或地区不同类型土性对应的侧阻力范围统计值对所述基桩单元加载滑移静侧阻力设置约束，用符号

表示某一土性侧阻力范围统计值，第i个所述基桩单元位于该土性土层中，对该基桩单元的桩侧桩土模型参数施加如下约束：

i、加载滑移静侧阻力R_sL,i需满足条件：

ii、卸载滑移静侧阻力R_su,i需满足条件：R_su,i≤R_sL,i；

iii、卸载弹限Q_su,i需满足条件：Q_su,i≤Q_sL,i；

b、用符号

表示桩底土性提供的端承力范围统计值，对桩底桩土模型参数施加如下约束：

i、桩底加载滑移阻力R_tL需满足条件：

ii、桩底卸载弹限Q_tu需满足条件：Q_tu≤Q_tL；

iii、桩底附加土质量M_t需满足条件：M_t＜1.5a³ρ；

iV、桩底辐射质量m_ta需满足条件：m_ta＜a³ρ；

其中，ρ为所述基桩的桩体密度，

为桩底截面等效半径，A_t为桩底截面积。

6.根据权利要求1至5任一项所述的分析方法，其特征在于，在步骤S3中采用离散方法求解桩土***偏微分波动方程之前，还对所述实测力曲线和所述质点速度实测曲线进行离散化处理，离散点时间间隔为2Δt，其中，

为波在一个所述基桩单元的长度内传播所需时间，ΔL为所述基桩单元的长度，

为所述平均波速。

7.根据权利要求1至5任一项所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述目标函数表示为：

式中，

其中，δ为由不同次锤击目标函数构建的总目标函数，n为总锤击次数，δ_k(χ_s,χ_t)为第k次锤击对应的质点速度计算曲线与质点速度实测曲线差值绝对值构建的目标函数，α_k为第k次锤击对应的加权系数，M＝2N为质点速度实测曲线的离散点的数量，N为所述基桩单元数量，j为所述离散点编号，第j离散点对应的时间t＝2jΔt，V_c,k(j)表示第k次锤击时所述安装端面处第j个离散点处质点速度计算值，V_m,k(j)为第k次锤击时所述安装端面处第j个离散点处质点速度实测值，

为第k次锤击时所述安装端面处的质点速度最大实测值。

8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，所述n＝3，取第一次锤击加权系数α₁＝0.25，第二次锤击加权系数α₂＝0.35，第三次锤击加权系数α₃＝0.4。

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