CN112459138B - 一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法 - Google Patents

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CN112459138B CN202011294527.1A CN202011294527A CN112459138B CN 112459138 B CN112459138 B CN 112459138B CN 202011294527 A CN202011294527 A CN 202011294527A CN 112459138 B CN112459138 B CN 112459138B
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Abstract

本发明公开了一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,在桩顶距桩中心2/3R(R为桩截面半径)处布置加速度传感器,在桩侧距桩顶h(h≥2D,D＝2R为桩直径)处布置另一加速度传感器,敲击桩顶,由传感器获取桩顶及桩侧测试点的质点速度响应测试曲线；由桩侧实测质点速度响应测试曲线及桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法得到桩顶质点速度响应计算曲线；由桩顶质点速度响应测试曲线和所述桩顶质点速度响应计算曲线构建目标函数,当目标函数值小于设定误差时得到桩体波阻抗剖面。本发明可避免传统波形拟合分析方法一维波动理论近似条件不足问题,提高分析精度。

Description

一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法
技术领域
本发明涉及基桩结构完整性测试及分析领域,具体涉及基桩波阻抗变化程度及范围分析,适用于城市建筑、桥梁、码头等含有基桩的基础工程。
背景技术
城市建筑、桥梁、码头等工程基础一般要采用基桩,其中钻孔灌注桩是常见的一种。基桩往往会出现骨料与混凝土分离、夹泥、缩径、裂隙、断裂等缺损，这些缺损导致桩截面波阻抗发生变化。基桩属于掩蔽工程,目前对基桩质量检测有钻孔取芯、声波测试及敲击—回波法。相对于钻孔取芯、声波测试这些破损测试方法,敲击回波法是一种无损测试方法,该方法在桩顶敲击,激发的应力波会沿桩体向下传播,当桩体波阻抗发生相对变化,波会在波阻抗变化交界面处发生反射,在桩顶用传感器接收反射波质点速度响应,得到质点速度响应测试曲线,通过对反射波质点速度响应曲线相位及峰值分析,确定基桩缺损位置及程度,这种方法具有测试快捷、分析简单特点。然而,这种分析方法易受以下因素影响:(1)桩周土分层结构变化与桩体波阻抗变化产生反射波质点速度响应变化特征具有很高的相关性,这样,难以区分反射波质点速度响应异常是桩周土层结构变化引起还是由桩体波阻抗变化产生的；(2)在桩土相互作用下,应力波在桩体上下传播过程会衰减,桩顶反射波质点速度响应测试曲线峰值没有考虑到应力波的衰减,会低估缺损程度；(3)桩体波阻抗复杂变化产生反射波相互叠加,这种叠加或相互加强或相互削弱,导致首个反射波相位及峰值发生变化。
为了克服根据桩顶质点速度响应测试曲线反射波相位及峰值分析不足,基于一维波动理论,由冲击力脉冲及桩土相互作用模型,通过桩顶质点速度响应计算曲线与测试曲线拟合分析得到桩体波阻抗相对变化程度及范围。目前拟合分析方法常采用力锤测量冲击力脉冲或以首波质点速度响应与桩顶波阻抗乘积的等效力脉冲作为力边界条件,然而,受敲击源影响,桩顶及以下附近波场是三维的,不符合一维波动分析条件,以力锤测量冲击力脉冲或以首波质点速度响应与桩顶波阻抗乘积的等效力不能代表距桩顶较远处下行应力波截面作用力,这样,以实测冲击力脉冲或等效力脉冲为力边界条件得到的质点速度响应计算曲线没有考虑到波场的三维效应,影响计算与实测曲线拟合分析得到结果精度。
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,避免桩顶三维波场影响,以距桩顶较远的桩侧测点质点速度响应测试曲线为速度边界条件,得到桩顶质点速度响应计算曲线,通过桩顶质点速度响应计算曲线与测试曲线拟合分析,得到桩体波阻抗相对变化程度及范围,由于桩侧测点质点速度响应近似满足一维波动分析条件,本发明可提高分析精度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,包括以下步骤:
S1:获取基桩的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000021
和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000022
并分别进行预处理；
S2:计算应力波在所述桩侧测试点到桩底传播的平均速度
Figure GDA0003358980080000023
S3:将所述桩顶与所述桩侧测试点之间的基桩划分n个等长桩单元,桩单元长度ΔL为:
ΔL＝h/n
桩单元总数量:M＝int(L/ΔL)
其中,L为基桩长度,符号int()表示对计算值向下取整,桩单元内波阻抗均匀,计算每个桩单元的桩土相互作用阻尼壶参数,计算过程如下:
根据场地地勘报告,确定桩周土层土性,按照GB50111-2006铁路工程抗震设计规范中不同类型土性建议的剪切波波速取值范围或该地区不同类型土性建议的剪切波波速取值范围上下限,取其平均值,根据所述平均值计算每个桩单元周围桩土相互作用阻尼壶系数,第i个桩单元阻尼壶系数为:
Js,i＝liρs,ics,i
其中,li为第i(i＝1,2,…,M)个桩单元侧周长,对圆截面桩li＝2πRi,Ri为所述桩单元截面的半径,对非圆截面,由第i桩单元截面积Ai计算等效半径
Figure GDA0003358980080000031
Figure GDA0003358980080000032
桩侧周长用等效周长
Figure GDA0003358980080000033
代替,ρs,i表示该桩单元所在土层的密度,cs,i表示该单元所在土层剪切波波速度,这里使用所述平均值；
由线性阻尼壶阻力与质点速度间关系,第i桩单元侧阻力为:
Figure GDA0003358980080000034
其中
Figure GDA0003358980080000035
为该桩单元平均质点速度,由该单元上、下截面质点速度计算；
桩底阻尼壶系数为Jt＝βtZt,其中,Zt＝(ρcA)t为桩底截面波阻抗,βt为桩底待定系数；
其中，下标t表示桩底，符号ρ、c、A分别表示桩底密度、波速及截面积，(ρcA)t表示桩底密度、波速及截面积乘积；
S4:根据所述平均速度
Figure GDA0003358980080000036
计算波在桩单元一个来回传播时间Δτ,
Figure GDA0003358980080000037
以Δτ时间间隔对预处理后的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000038
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000039
进行重采样,得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,分别记为V1m(t)和V2m(t)；
S5:预设各桩单元截面积,桩混凝土密度取为2450kg/m3,由预设桩单元截面积、混凝土密度及平均波速计算所述桩单元预设波阻抗,所述桩单元第一个交界面波阻抗就是所述桩单元波阻抗根据所述桩单元预设波阻抗、重采样桩侧质点速度响应曲线V2m(t)及所述桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法获得桩顶质点速度响应计算曲线,记为V1c(t)；
S6:根据重采样桩顶质点速度响应曲线V1m(t)和所述桩顶质点速度响应计算曲线V1c(t)构建目标函数；
S7:调整桩单元预设波阻抗及桩底待定系数βt,当所述目标函数的值小于设定误差时,终止计算,得到波阻抗剖面。
本发明的有益效果是,引入桩土相互作用阻尼壶参数,可避免土层结构变化产生的上行波与桩体波阻抗变化产生的桩体反射波混淆,同时可以考虑波在传播过程因桩土相互作用的衰减；获取桩侧测试点的测试质点速度响应曲线,由桩侧实测质点速度响应曲线计算桩顶质点速度响应曲线,这样,可避免桩顶三维波场影响。根据所述重采样桩顶质点速度响应曲线和所述桩顶质点速度响应计算曲线构建目标函数,当目标函数值小于一定误差时得到波阻抗剖面,本发明避免了由桩顶实测冲击力脉冲或等效力脉冲得到桩顶质点速度响应计算曲线对桩顶质点速度响应测试曲线拟合分析中一维波动理论近似条件不满足的问题,提高分析精度。
进一步,所述S1具体为:
S101:在桩顶距桩中心2/3R位置处布置加速度传感器,这里R为圆截面桩半径,对非圆形截面桩,用截面积计算等效半径,等效半径
Figure GDA0003358980080000041
这里Atop为桩顶截面面积,对非圆形截面桩,R用等效半径
Figure GDA0003358980080000042
代替；
S102:在距桩顶h,h≥2D,的桩侧布置另外一加速度传感器,具***置计算如下:先计算桩长是2D的倍数N
Figure GDA0003358980080000043
这里,int()表示对计算值向下取整,实际位置为h＝L/N,这样可确保h≥2D。
S103:敲击基桩桩顶中心,以采样时间间隔Δt,采集在桩顶和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点加速度响应信号,分别记为a1(t)及a2(t)；
S104:分别对所述质点加速度响应信号a1(t)及a2(t)积分获得桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000044
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000045
S105:对所述桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000046
和所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000047
进行低通滤波处理、基线偏移校正、过冲校正处理。
采用上述进一步方案的有益效果是,波在桩顶侧面来回反射会影响测试信号,对桩顶测点,当传感器布置在距桩中心2/3R位置处,这里R为圆截面桩半径,所述的来回反射波对测试信号影响最小；按圣维南原理,距桩顶2D以下时敲击脉冲对应力波截面位移分布影响较小,应力波近似于一维应力,这里,D＝2R,当桩侧测点布置在距桩顶h,h≥2D时质点速度响应近似为一维应力波质点速度响应。
通过敲击桩顶中心,采集桩顶和桩侧的质点加速度响应测试信号,积分后分别获得桩顶质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000051
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000052
采用桩侧质点速度响应测试曲线计算桩顶质点速度响应曲线,有效避免桩顶三维波场影响,提高分析精度,同时,进行低通滤波处理、基线偏移校正、过冲校正处理,可降低干扰信号、加速度信号基线偏移、传感器频率特性对质点速度响应测试曲线带来的影响。
进一步,所述S2具体包括:
S201:根据所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000053
中首波的峰值与桩底反射波的峰值得到时间差T,计算平均波速为
Figure GDA0003358980080000054
其中,L为基桩长度,h为桩侧测试点距离桩顶的距离,其中,首波为所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000055
的第一个脉冲信号。
进一步,所述S4中重采样的具体过程包括:重采样时间设置为Δτ,则第k个重采样点的时间tk＝kΔτ,k＝0,1,…,Ns,Ns为重采样点数量；
所述第k个重采样点介于质点速度响应测试曲线离散点k0与k0+1之间,这里k0＝int(tk/Δt),Δt为质点速度响应测试曲线采样时间间隔,按线性插值得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,
Figure GDA0003358980080000056
其中,下标j＝1,2分别对应于桩顶和桩侧。
进一步,所述重采样点数Ns的计算过程包括:
将桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000057
中首波起始时间至桩底反射波起始时间延伸4Td作为对桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000058
拟合时间长度,这里Td为桩顶敲击脉冲产生首波时间宽度,在桩顶测试点的质点速度响应测试曲线拟合时间段重采样点数量Ns＝M+4Nd,其中,M是所述整桩单元数量,Nd表示首波采样点数,Nd＝int(Td/Δτ)。
进一步,所述S6中目标函数为
Figure GDA0003358980080000059
其中,符号||表示绝对值,
Figure GDA00033589800800000510
分别为桩顶质点速度响应测试曲线第i0个重采样点处的速度和桩顶质点速度响应计算曲线第i0个点处的速度,V1m,max为重采样后桩顶质点速度响应曲线最大值,
Figure GDA0003358980080000061
(j0＝1,2,…,M)表示第j0个桩单元波阻抗,ρ,c,A分别表示第j0个桩单元密度、波速及截面积,α0、α1、α2分别为权重,由于首波质点速度响应不同于下行波质点速度响应,取最低权重,桩体反射波区间权重最高,各时段加权系数α0＝0.25,α1＝0.4,α2＝0.35。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明基桩完整性定量分析双速度法测试布置图；
图3为桩顶和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线；
图4为本发明桩单元划分及桩土相互作用模型；
图5为拟合分析得到的桩波阻抗剖面图；
附图说明:1-桩单元、2-桩侧阻力、3-桩侧桩土相互作用阻尼壶模型、4-桩底桩土相互作用阻尼壶模型；5-桩单元编号。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参照图1，一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,
S1:获取基桩的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000062
和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000063
并分别进行预处理；
S2:计算应力波在所述桩侧测试点到桩底传播的平均速度
Figure GDA0003358980080000064
S3:将所述桩顶与所述桩侧测试点之间的基桩划分n个等长桩单元,单元长度ΔL为:
ΔL＝h/n
整桩单元数量:M＝int(L/ΔL)
其中,L为基桩长度,符号int()表示对计算值向下取整,单元内波阻抗均匀,计算每个桩单元的桩土相互作用阻尼壶参数,计算过程如下:
根据场地地勘报告,确定桩周土层土性,按照GB50111-2006铁路工程抗震设计规范中不同类型土性建议的剪切波波速取值范围或该地区不同类型土性建议的剪切波波速取值范围上下限,取其平均值,根据所述平均值计算每个桩单元周围桩土相互作用阻尼壶系数,第i个桩单元阻尼壶系数为:
Js,i＝liρs,ics,i
其中,li为第i(i＝1,2,…,M)个桩单元侧周长,对圆截面桩li＝2πRi,Ri为所述桩单元截面的半径,对非圆截面,由第i单元截面积Ai计算等效半径
Figure GDA0003358980080000071
Figure GDA0003358980080000072
桩侧周长用等效周长
Figure GDA0003358980080000073
代替,ρs,i表示该单元所在土层的密度,cs,i表示该单元所在土层剪切波波速度,这里使用所述平均值；
由线性阻尼壶阻力与质点速度间关系,第i桩单元侧阻力为:
Figure GDA0003358980080000074
其中
Figure GDA0003358980080000075
为该桩单元平均质点速度,由该单元上、下截面质点速度计算；
桩底阻尼壶系数为Jt＝βtZt,其中,Zt＝(ρcA)t为桩底截面波阻抗,βt为桩底待定系数；
其中，下标t表示桩底，符号ρ、c、A分别表示桩底密度、波速及截面积，(ρcA)t表示桩底密度、波速及截面积乘积；
S4:根据所述平均速度
Figure GDA0003358980080000076
计算波在桩单元一个来回传播时间Δτ,
Figure GDA0003358980080000077
以Δτ时间间隔对预处理后的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000078
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000079
进行重采样,得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,分别记为V1m(t)和V2m(t)；
S5:预设各桩单元截面积,桩混凝土密度取为2450kg/m3,由预设桩单元截面积、混凝土密度及平均波速计算所述桩单元预设波阻抗,所述桩单元第一个交界面波阻抗就是所述桩单元波阻抗,根据所述桩单元预设波阻抗、重采样桩侧质点速度响应曲线V2m(t)及所述桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法获得桩顶质点速度响应计算曲线,记为V1c(t)；
S6:根据重采样桩顶质点速度响应曲线V1m(t)和所述桩顶质点速度响应计算曲线V1c(t)构建目标函数；
S7:调整桩单元预设波阻抗及桩底待定系数βt,当所述目标函数的值小于设定误差时,终止计算,得到波阻抗剖面。
实施过程如下:
1:基桩几何参数。一扩径模型桩长L＝8m,桩顶截面直径D＝2R＝0.4m,距桩顶4m-4.5m范围设置一扩颈,距桩顶1m以下桩周土为回填土；
2:桩顶加速度传感器布置。参照图2,布置桩顶加速度传感器,桩顶加速度传感器布置在距桩中心2/3R附近位置,用502胶将粘性较好的橡皮泥粘贴在桩顶,然后将传感器粘贴在桩顶,保持橡皮泥粘结层很薄,避免粘结层对测试信号影响；
3:桩侧加速度传感器布置。根据公式
Figure GDA0003358980080000081
得到桩侧传感器距桩顶位置h＝L/N＝0.8m,在该位置钻孔用膨胀螺将加速度传感器基座固定在桩侧；
4:质点速度响应数据采集。敲击基桩桩顶中心,以采样时间间隔Δt＝2×10-5s,用双速度通道基桩动测仪记录在桩顶和桩侧的质点加速度响应信号,分别记为a1(t)及a2(t)；分别对所述质点加速度响应信号a1(t)及a2(t)积分获得桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000082
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000083
对测试曲线
Figure GDA0003358980080000084
和
Figure GDA0003358980080000085
用频率2000Hz低通滤波及基线漂移校正。桩顶及桩侧处理后的信号见图3,首波脉冲时间宽度Td＝6×10-4s。
5:计算平均波速。根据所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure GDA0003358980080000086
中首波的峰值与桩底反射波的峰值时间得到时间差T,则平均波速为
Figure GDA0003358980080000087
6:划分单元基桩,将桩顶至桩侧测点之间桩划分成4个等长单元,单元长度ΔL＝0.8/4＝0.20m,整个桩单元数量M＝40,桩单元混凝土密度取为2450kg/m3；
7:重采样,对测试质点速度响应曲线重新采样,采样间隔,
Figure GDA0003358980080000088
首波重采样点
Figure GDA0003358980080000089
拟合分析时段重采样点数为Ns＝M+4*Nd＝56。
8:桩土相互作用用线性阻尼壶模拟,动阻力与阻尼壶系数成线性关系如图4所示,桩周回填土密度ρs＝1800kg/m3,按照GB50111-2006铁路工程抗震设计规范中不同类型土性建议的剪切波波速取值范围,取回填土剪切波速cs＝80m/s,按Js,i＝liρs,ics,i计算各桩单元桩侧阻尼壶系数。桩底阻尼壶系数按Jt＝βtZt计算,桩底待定系数βt仅影响桩底反射波及后续反射波响应计算曲线,不影响桩底反射波之前响应曲线计算及对桩身波抗分析。
9:基于一维波动方程特征线现有求解方法,由桩侧质点速度响应曲线V2m(t)、桩土相互作用模型阻尼壶参数及桩单元波阻抗变化,得到桩顶质点速度响应计算曲线V1c(t)。
10:构建目标函数,其中,α0＝0.25,α1＝0.4,α2＝0.35。
Figure GDA0003358980080000091
11:调整桩单元波阻抗及桩底待定系数βt,当目标函数值小于设定误差δε＝10-4,终止计算,得到桩波阻抗剖面及桩底待定系数βt。桩顶质点速度响应测试曲线及计算曲线比较以及拟合分析得到的桩波阻抗变化剖面及桩底待定系数βt见参照图5。本发明方法得到的桩波阻抗变化范围及程度与模型设置参数较吻合。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本专利中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处,即应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (3)

1.一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:获取基桩的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000011
和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000012
并分别进行预处理；
S2:计算应力波在所述桩侧测试点到桩底传播的平均速度
Figure FDA0003358980070000013
S3:将所述桩顶与所述桩侧测试点之间的基桩划分n个等长桩单元,桩单元长度ΔL为:
ΔL＝h/n
桩单元总数量:M＝int(L/ΔL)
其中,L为基桩长度,符号int()表示对计算值向下取整,桩单元内波阻抗均匀,计算每个桩单元的桩土相互作用阻尼壶参数,计算过程如下:
根据场地地勘报告,确定桩周土层土性,按照GB50111-2006铁路工程抗震设计规范中不同类型土性建议的剪切波波速取值范围或该地区不同类型土性建议的剪切波波速取值范围上下限,取其平均值,根据所述平均值计算每个桩单元周围桩土相互作用阻尼壶系数,第i个桩单元阻尼壶系数为:
Js,i＝liρs,ics,i
其中,li为第i(i＝1,2,…,M)个桩单元侧周长,对圆截面桩li＝2πRi,Ri为所述桩单元截面的半径,对非圆截面,由第i桩单元截面积Ai计算等效半径
Figure FDA0003358980070000014
Figure FDA0003358980070000015
桩侧周长用等效周长
Figure FDA0003358980070000016
代替,ρs,i表示该桩单元所在土层的密度,cs,i表示该桩单元所在土层剪切波波速度,这里使用所述平均值；
由线性阻尼壶阻力与质点速度间关系,第i桩单元侧阻力为:
Figure FDA0003358980070000017
其中
Figure FDA0003358980070000018
为该桩单元平均质点速度,由该单元上、下截面质点速度计算；
桩底阻尼壶系数为Jt＝βtZt,其中,Zt＝(ρcA)t为桩底截面波阻抗,βt为桩底待定系数，其中，下标t表示桩底，符号ρ、c、A分别表示桩底密度、波速及截面积，(ρcA)t表示桩底密度、波速及截面积的乘积；
S4:根据所述平均速度
Figure FDA0003358980070000019
计算波在桩单元一个来回传播时间Δτ,
Figure FDA00033589800700000110
以Δτ时间间隔对预处理后的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA00033589800700000111
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000021
进行重采样,得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,分别记为V1m(t)和V2m(t)；
所述S4中重采样的具体过程包括:重采样时间设置为Δτ,则第k个重采样点的时间tk＝kΔτ,k＝0,1,…,Ns,Ns为重采样点数量；
所述第k个重采样点介于质点速度响应测试曲线离散点k0与k0+1之间,这里k0＝int(tk/Δt),Δt为质点速度响应测试曲线采样时间间隔,按线性插值得到重采样桩顶及桩侧质点速度响应曲线,
Figure FDA0003358980070000022
其中,下标j＝1,2分别对应于桩顶和桩侧；
所述重采样点数Ns的计算过程包括:
将桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000023
中首波起始时间至桩底反射波起始时间延伸4Td作为对桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000024
拟合时间长度,这里Td为桩顶敲击脉冲产生首波时间宽度,在桩顶测试点的质点速度响应测试曲线拟合时间段重采样点数量Ns＝M+4Nd,其中,M是所述桩单元总数量,Nd表示首波采样点数,Nd＝int(Td/Δτ)；
S5:预设各桩单元截面积,桩混凝土密度取为2450kg/m3,由预设桩单元截面积、混凝土密度及平均波速计算所述桩单元预设波阻抗,所述桩单元第一个交界面波阻抗就是所述桩单元波阻抗,根据所述桩单元预设波阻抗、重采样桩侧质点速度响应曲线V2m(t)及所述桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法获得桩顶质点速度响应计算曲线,记为V1c(t)；
S6:根据重采样桩顶质点速度响应曲线V1m(t)和所述桩顶质点速度响应计算曲线V1c(t)构建目标函数；
所述S6中目标函数为:
Figure FDA0003358980070000025
其中,符号||表示绝对值,
Figure FDA0003358980070000026
分别为桩顶质点速度响应测试曲线第i0个重采样点处的速度和桩顶质点速度响应计算曲线第i0个点处的速度,V1m,max为重采样后桩顶质点速度响应曲线最大值，
Figure FDA0003358980070000031
表示第j0个桩单元波阻抗,ρ,c,A分别表示第j0个桩单元密度、波速及截面积,α0、α1、α2分别为权重,由于首波质点速度响应不同于下行波质点速度响应,取最低权重,桩体反射波区间权重最高,各时段加权系数α0＝0.25,α1＝0.4,α2＝0.35；
S7:调整桩单元预设波阻抗及桩底待定系数βt,当所述目标函数的值小于设定误差时,终止计算,得到波阻抗剖面。
2.根据权利要求1所述的基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,其特征在于,所述S1具体为:
S101:在桩顶距桩中心2/3R位置处布置加速度传感器,这里R为圆截面桩半径,对非圆形截面桩,用截面积计算等效半径,等效半径
Figure FDA0003358980070000032
这里Atop为桩顶截面面积,对非圆形截面桩,R用等效半径
Figure FDA0003358980070000033
代替；
S102:在距桩顶h,h≥2D,的桩侧布置另外一加速度传感器,具***置计算如下:先计算桩长是2D的倍数N:
Figure FDA0003358980070000034
这里,int()表示对计算值向下取整,实际位置为h＝L/N,这样可确保h≥2D；
S103:敲击基桩桩顶中心,以采样时间间隔Δt,采集在桩顶和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点加速度响应信号,分别记为a1(t)及a2(t)；
S104:分别对所述质点加速度响应信号a1(t)及a2(t)积分获得桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000035
和桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000036
S105:对所述桩顶测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000037
和所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000038
进行低通滤波处理、基线偏移校正、过冲校正处理。
3.根据权利要求1所述的基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,其特征在于,所述S2具体包括:
S201:根据所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA0003358980070000039
中首波的峰值与桩底反射波的峰值得到时间差T计算平均波速为
Figure FDA00033589800700000310
其中,L为基桩长度,h为桩侧测试点距离桩顶的距离,其中,首波为所述桩侧测试点的质点速度响应测试曲线
Figure FDA00033589800700000311
的第一个脉冲信号。
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