管桩缺陷反射波法检测的有限元数值模拟研究

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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。
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