樁基低應(yīng)變反射波法檢測(cè)技術(shù)

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1、向各位地基基礎(chǔ)檢測(cè)人員致敬！中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員博導(dǎo)湖北省儀器儀表學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)湖北省無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)榮譽(yù)理事長(zhǎng)劉明貴理學(xué)博士201６年湖北·武漢基樁低應(yīng)變反射波法檢測(cè)技術(shù)§１應(yīng)力波的基本理論應(yīng)力波的基本概念應(yīng)力波的基本理論1應(yīng)力波的基本概念1應(yīng)力波的基本概念1.1振動(dòng)和波動(dòng)1.2應(yīng)力波的產(chǎn)生1.3應(yīng)力波的分類(lèi)1.4應(yīng)力波傳播的相關(guān)規(guī)律1.1振動(dòng)和波動(dòng)振動(dòng)（廣義）：任一物理量隨時(shí)間在某固定值附近做周期性的變化。機(jī)械振動(dòng)：物體（質(zhì)點(diǎn)）在其平衡位置附近來(lái)回往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。生活中常見(jiàn)的機(jī)

2、械振動(dòng)現(xiàn)象:鐘擺的擺動(dòng)；水上浮標(biāo)的浮動(dòng)；擔(dān)物行走時(shí)扁擔(dān)的顫動(dòng)；在微風(fēng)中樹(shù)梢的搖擺；振動(dòng)的音叉、鑼、鼓、琴弦等等。1.1振動(dòng)和波動(dòng)波動(dòng)是振動(dòng)在空間的傳播過(guò)程，簡(jiǎn)稱(chēng)波。波的分類(lèi)：一類(lèi)是機(jī)械波，由機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中引起的波動(dòng)過(guò)程。例如：水波、聲波、超聲波、地震波等；另一類(lèi)是電磁波，由電磁振蕩所產(chǎn)生的交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間的轉(zhuǎn)播過(guò)程。例如：無(wú)線(xiàn)電波、雷達(dá)波等。1.1振動(dòng)和波動(dòng)機(jī)械波與電磁波的比較：?機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生；?機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同，在真空中不能傳播，而電磁

3、波可以在真空中傳播；?機(jī)械波可以是橫波和縱波，電磁波只是橫波；?機(jī)械波與電磁波的許多物理性質(zhì)相似，（如：折射、反射等），描述它們的物理量也是相同的。1.1振動(dòng)和波動(dòng)機(jī)械波形成的條件：（1）有做機(jī)械振動(dòng)的波源（2）有傳播這種機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)例如：將石子投入平靜的水中，在水面上可見(jiàn)一圈圈向外擴(kuò)展的水波。1.1振動(dòng)和波動(dòng)1.波動(dòng)的物理實(shí)質(zhì)是（能量）狀態(tài)的一種傳遞形式。2.波動(dòng)是振動(dòng)的傳播過(guò)程，振動(dòng)是波動(dòng)的根源。3.連續(xù)介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)僅在它們各自的平衡位置附近振動(dòng)，并沒(méi)有隨振動(dòng)的傳播而流動(dòng)。1.1振動(dòng)和波動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度是指單位

4、時(shí)間里質(zhì)點(diǎn)在其平衡點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移變化量；或：質(zhì)點(diǎn)在其平衡點(diǎn)附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。一般只有幾（厘米/秒）。波速是指單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)傳播的距離；或：機(jī)械波沿介質(zhì)傳播的運(yùn)動(dòng)速度。一般會(huì)達(dá)到幾（千米/秒）。1.2應(yīng)力波的產(chǎn)生?應(yīng)力波的產(chǎn)生舉例→用手錘敲擊樁頂局部表面→彈性介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到?jīng)_擊力載荷作用產(chǎn)生位移而離開(kāi)了初始平衡位置→這部份介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)與相鄰介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)→與相鄰介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生作用力（應(yīng)力）與反作用力（應(yīng)力）→使相鄰介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也離開(kāi)平衡位置而運(yùn)動(dòng)（由于慣性，相鄰介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將滯后）→依此類(lèi)推，沖擊力載荷在樁頂

5、表面引起的擾動(dòng)將在樁身介質(zhì)中逐漸由上及下傳播下去。1.2應(yīng)力波的產(chǎn)生?擾動(dòng)在介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)的傳播即是應(yīng)力波。?擾動(dòng)與未擾動(dòng)的分界面稱(chēng)為波陣面。?擾動(dòng)的傳播速度稱(chēng)為應(yīng)力波波速。注：引起應(yīng)力波的外力載荷為動(dòng)態(tài)載荷（也稱(chēng)為動(dòng)荷載），是隨時(shí)間而發(fā)生變化的載荷。，1.3應(yīng)力波的分類(lèi)?應(yīng)力波按物理性質(zhì)分類(lèi)縱波P（脹縮波）和橫波S（畸變波），其傳播速度（波速）分別為Vp和Vs。P波的振動(dòng)方向與傳播方向平行，S波的振動(dòng)方向則與傳播方向垂直。?按與界面的相互作用分類(lèi)在與界面相互作用時(shí)，橫波S可分為兩個(gè)分量：SH波和SV波。1.3應(yīng)

6、力波的分類(lèi)?按與界面相互作用形成的面波的分類(lèi)?表面波與自由表面有關(guān)，常見(jiàn)的有：Rayleigh波，出現(xiàn)在彈性半空間或彈性分層半空間的表面附近；Love波，系由彈性分層半空間中的SH波疊加所形成。?界面波沿兩介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ィQ(chēng)為Stonely波。1.3應(yīng)力波的分類(lèi)?按與介質(zhì)不均勻性及復(fù)雜界面相聯(lián)系的波的分類(lèi)?衍射波彈性波遇到某種形狀的物體時(shí)，將發(fā)生繞射現(xiàn)象而形成繞射波，亦稱(chēng)為衍射波。?散射波彈性波遇到粗糙界面或介質(zhì)內(nèi)不規(guī)則的非均勻結(jié)構(gòu)時(shí)，將發(fā)生散射現(xiàn)象而形成散射波。1.3應(yīng)力波的分類(lèi)?按彌散關(guān)系分類(lèi)?簡(jiǎn)單波即非彌

7、散、非耗散波。?彌散波彌散波又分為物理彌散和幾何彌散。前者是由于介質(zhì)材料特性引起的，后者是由于結(jié)構(gòu)幾何效應(yīng)引起的。1.3應(yīng)力波的分類(lèi)?根據(jù)應(yīng)力大小分類(lèi)當(dāng)應(yīng)力波中的應(yīng)力值小于介質(zhì)的彈性極限，則介質(zhì)中傳播的是彈性波，否則將是彈塑性波；當(dāng)介質(zhì)為粘性介質(zhì)，則視應(yīng)力是否大于介質(zhì)的彈性極限，將分別傳播粘彈性波或粘彈塑性波。彈性波傳播過(guò)后，介質(zhì)變形后將能完全恢復(fù)原貌；彈塑性波傳播過(guò)后則將引起介質(zhì)的殘余變形；粘彈性波和粘彈塑性波傳播過(guò)后引起的介質(zhì)變形將有一段時(shí)間滯后。1.3應(yīng)力波的分類(lèi)?根據(jù)波陣面的幾何形狀分類(lèi)根據(jù)波陣面不同幾何

8、形狀，應(yīng)力波可分為平面波、柱面波和球面波。一般認(rèn)為：平面波的波源是平面載荷，柱面波的波源是線(xiàn)載荷，球面波的波源是點(diǎn)載荷。1.3應(yīng)力波的分類(lèi)?根據(jù)波動(dòng)方程的自變量個(gè)數(shù)分類(lèi)根據(jù)描述應(yīng)力波的波動(dòng)方程的自變量個(gè)數(shù)，應(yīng)力波可分為一維應(yīng)力波、二維應(yīng)力波和三維應(yīng)力波。?此外，應(yīng)力波還可分為入射波、反射波和透射波，加載波和卸載波，以及連續(xù)波和間斷波等。1.4應(yīng)力波傳播的相關(guān)規(guī)律應(yīng)力波傳播