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低应变法试题(KEY).doc

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低应变法试题(50 分)一、填空题(10 分)1.一般低应变法测试的目的是测试桩的 桩身完整性 ,判断 桩身缺陷 的 位置 和 程度 。2.低应变的传感器主要技术性能指标有 灵敏度 、 频响特性 、 线性度 。3.力频率成分与冲击脉冲中的 宽度 有关,浅部缺陷用 窄(高频) 的脉冲,深部缺陷用 宽(低频) 的脉冲。4.低应变用加速度传感器的幅频线性段的高限不应小于 5000Hz ,速度传感器不应小于 1000Hz 。5.低应变钟形力脉冲的宽度为 1ms 时,其对应的高频截止分量约在 2000 Hz 左右,采样频率应至少为 4000 Hz。6.当上行的压力波遇到桩顶时,会反射为 下行拉力波 ,当遇到阻抗变大时会反射为 下行压力波 。7.动力测桩时为了使采集到的数字信号保留原有模拟信号特性,根据采样定理,应使选用的采样频率 f1上限高于被测信号最高 fm,并满足下面的不等式 fs≥2 fm。8.低应变反射波法、桩身混凝土纵波波速的定义为: c=(E/ρ) 1/2 ;缺陷的深度计算式为 x=cΔt /2000 (均写出表达式即可) 。9.进行基桩承载力检测之前,应先进行 桩身完整性 检测。10.低应变测试过程中,从理论上讲,按实测曲线入射峰-桩底反射峰确定的波速将比实际的波速 高 ,根据该波速确定的桩身缺陷位置将比实际的 浅 。11.低应变法在现场测试灌注桩时锤击点位于 桩顶中心 ,传感器用 耦合剂 安置于桩的 距离桩中心 2/3 半径 处 。测试管桩时锤击点位于 和传感器安装点成 90。 方向 。12.动力试桩法中,速度传感器的灵敏度可用 v/(m/s)表示;加速度传感器的灵敏度可用v/(m/s2)或 v/g 或 PC/g 等表示;应变式力传感器的灵敏度可用 v 或 v/(με) 表示。13.低应变法测试分析的物理量是_桩顶质点的振动速度或加速度___其分析方法一般常用__时域__、__频率域__。14.利用加速度计测得的原始信号是 加速度 曲线,必须积分成 速度 曲线方可分析。15.当信号出现振荡时,可在 时域 分析的基础上采用 频谱分析 或 滤波 方式消去。16.反射波法测试系统的高频截止频率不得低于 2000 Hz。 17.在桩身结构完整性检测所得的实测时域曲线中,能采集到桩身阻抗变化和桩周土阻力的信息。当锤击桩头所产生的压应力波在桩身中向下传播过程中,遇到桩身阻抗变小,将引发上行的 拉力波 ,使桩顶的实测曲线速度值 增大 ;当桩侧土阻力增大时,将引发上行的 压力波 ,使桩顶的实测时域曲线速度值 减小 。二、判断题(10 分)1.利用加速度计检测信号不可能有振荡。 (√ )2.如果测不到无上行波,就无法判断桩身质量。 (× )3.桩身无缺陷又有明显桩底反射的桩是合格桩。 ( × )4.影响波传播速度的主要因素是桩身材料特性。 (√ )5.因水泥土桩也属“桩” ,所以也可以用低应变法判定水泥土桩的完整性类别。 (× )6.振荡信号并非完全不能用于完整性分析。 ( √ )7.波速明显偏高的桩,桩长可能偏短。 ( × )8.只要测不到桩底反射就不能判为 I 类桩。 ( × )9.瞬态激励脉冲的宽度不仅与锤挚材料的软硬程度有关,也与锤重有关。 ( × )10.若忽略频域分析时的截断渗漏和混叠等误差,频域分析应与时域分析等价。 ( √ )11.在一维弹性杆中,只要有质点的纵向振动,就会有波的纵向传播。 ( × ) 12.波通过桩身缺陷部位会引起质点运动速度幅值的衰减,扩径桩也同样。 ( √ )13.桩顶测到的扩径处二次反射通常为负向。 (× )14.对于桩身截面渐变后又恢复到原桩径的混凝土灌注桩,根据实测波形进行桩身完整性判定时,可能会出现误判。 (× )15.当低应变测桩采用磁电式速度传感器时,传感器的幅频特性以及相频特性均与阻尼比有关。 ( √ )16.低应变法的有效检测长度主要受桩土刚度比大小的制约。 ( √)17.公式 F=ZV 在实际中是不可能成立的。 ( √ )18.实际工程中,低应变法是可以准确测出桩长的。 ( × )19.基桩动力检测中反映基桩的一个重要指标纵波波速与振源的频率密切相关,不同的击振频率,纵波波速也应不同。 ( × )20.一维波动理论不适用于测桩的浅部缺陷 。 ( × )21..当桩长比施工记录严重偏短时,无法用《建筑基桩检测技术规范》JGJ106 判定。( × )三、选择题(10 分,多选漏选不得分)1.一根置于地面、两端自由的桩,方波入射时桩顶所测的桩底反射波幅 VR 与入射波幅VI 的关系为( D )A、V R≈V I B、V R≈-2V I C、V R≈-V I D、V R≈2V I2. 频域分析过程中,深部缺陷和浅部缺陷的频差分别为 和 ,则( B )2f1A、 B、 C、 D、不好比较1f12f12f3.一根置于地面,两端自由的长桩,窄方波入射时,在桩身正中央所记录的入射波幅VI 与反射波幅 VR 间的关系为:( A )A、V R≈V I B、V R≈-2V I C、V R≈-V I D、V R≈2V I4. 一根弹性杆的一维纵波波速为 3000m/s,当频率为 3000Hz 的正弦波在该杆中传播时,它的波长为 ( A ) 。A、1000mm B、 9000mm C、1mm D、9mm5.反射波法测桩用压电加速度计(阻尼可忽略不计)的可用频率上限为( C ) 。A、 小于加速度计固有频率的 50% B、小于加速度计安装谐振频率的 50% C、小于加速度计安装谐振频率的 20%~30% D、 小于加速度计固有频率的 30%~40%。6.对输入的半正弦脉冲,经响应测量传感器接收并输出的波形产生了明显的负向过冲,则说明该传感器 ( C ) 。A、高频响应不足 B、阻尼过大 C、低频响应不足 D、 欠阻尼 7.反射波不易探测桩顶下极浅部严重缺陷的原因是( D )A、由于不符合由于一维应力波理论而存在盲区B、由于不符合一维杆振动理论而存在盲区C、由于不符合上述两种理论而存在盲区 D、上述 A、B、C 三种说法均不正确。 8.低应变法除了可以测桩身完整性外,还可以测 ( D )A、桩身砼强度 B、桩底沉渣厚度 C、单桩承载力 D、桩的动刚度9.低应变法测钢桩时,其波速约为( D ) ;桩顶质点运动速度约为( B )A、1~5m/s B、1~10cm/s C、600~6200m/s D、5000~5200m/s E、3200~4200m/s 四、简答题(10 分)1.桩身质点振动速度和应力波波速在本质上有何区别?并给出质点振动速度和应力波速的大致范围。答:(1)区别:质点振动速度:质点的运动速度,其和锤击力大小、桩的尺寸、桩周土质等有关应力波波速:应力波的传播速度,其和桩身材质有关(2)大致范围:质点振动速度一般为几厘米/秒到几米/秒,应力波波速一般为几百米/秒到几千米/秒2.简述低应变法测桩的基本假定、原理及分析方法种类。答:(1)基本假定:a.弹性假定:桩身材料为理想弹性体b.一维平面假定:桩身受力和运动状态是一维的(2)基本原理:一维弹性波动理论,利用弹性波在桩中传播时遇到桩身阻抗变化引起的反射,根据反射波波形分析来判断桩身缺陷的位置和程度。(3)分析方法种类:a.时域法 b.频域法 c.曲线拟合法。3.反射波法在桩顶接收到的质点运动速度信号中包含了哪些信息?(5 分)答:包含初始激励的入射波,桩周土阻力、桩身阻抗变化和桩底反射,横向干扰,传感器自振。4.反射波法测试波形中叠加的谐波振荡可能是由哪些原因造成的?答:桩身缺陷(或阻抗变化)的多次反射;传感器自振;横向高频干扰;外露主筋的振动。5.浅部或极浅部严重缺陷桩的波形特征是什么?根据激振条件,说明如何选择测量传感器。答:特征为低频(宽幅)大波浪。传感器应有较好低频响应,另外由于采用高频(窄)脉冲激励,也可能出现应力波在缺陷段的来回反射信号叠加在低频振荡的波形上,因此也要有足够高的高频响应能力。6.如何判定桩身缺陷的性质(混凝土缩颈、夹泥、松散、 裂隙等)?(5 分)答:低应变仅能检测出阻抗的相对变化,单从测试曲线难以判定缺陷的具体类型,须根据桩型,结合施工工艺、地质条件、桩施工记录、基槽(基坑)开挖及其他周边环境影响等综合判断。7.反射波法检测桩身完整性时为什么强调要收集掌握地质勘察报告、施工工艺及其施工记录(若是真实的)?答:上述资料可以弥补反射波法判断桩身缺陷的多解性,以便准确地分析出由于地层变化所出现的反射波或地质因素造成的扩、缩颈,离析;掌握施工工艺可以帮助分析判断缺陷的类型。8. 设 Φ200mm 模型桩的桩身一维纵波波速为 4000m/s。若距桩顶下 2m 处桩身存在严重缺陷,低通滤波的截止频率设置在 1kHz、2kHz、 3kHz 或是更高些好?请说明理由。答:设置在 3kHz 或更高些好。因为当采用高频激励脉冲时,可能被激励出来的纵向振型频率为 1kHz,2kHz ,3kHz 甚至还有更高的。9.低应变法测试中你是如何判断曲线优劣的?测不到桩底反射时如何如何判断和处理?答:低应变法所采集的较好波形应该是:⑴多次锤击的波形重复性好;⑵波形真实反映桩的实际情况,完好桩桩底反射明确;⑶波形无畸变、无杂波,不应含毛刺或振荡波形;⑷波形最终回归基线。无桩底反射时,①改变敲击方式,如仍无桩底反射,可以用其他方法如高应变或钻芯法验证;②如由于桩身缺陷或砼质量差造成,则应综合其他有效检测手段综合判定。五、综合题(10 分)1.有一砼灌注桩,桩长为 20m,直径 800mm,桩身材料重度25kN/m3,实测应力波速度为 4000m/s,其桩径变化和地层情况如右图所示,请画出该桩敲击力峰值为 100N 的低应变测试的时域曲线。解:(1)有关数据计算A=3.14/4*0.8*0.8=0.5m2 ρ=25kN/m 3//(10m/s2)=2500kg/m3Z=ρcA=2500*4000*0.5=5*106N/(m/s)=5000kN/(m/s)V=F/Z=100/5000*10-3=0.02mm/s缩径 T1=10*2/4000=5ms 砂土 t2=15*2/4000=7.5ms 桩底 t3=20*2/4000=10ms(2)曲线图形如下0.02 v(mm/s)T1 T2 T30 5 7.5 10 t(ms) 20m5m10m软质粘土砂土20m10m软质粘土砂土2.一根一端自由、另一端固定的等截面匀质杆,长度为 L,一维纵波波速为 c,截面阻抗为 Z。t=0 时刻在自由端施加一宽度为 τ、幅值为 V0 的压力脉冲,若 c·τL,问当时的杆截面的力 F 和质点运动速度 V 各是多少? cLcL27,35,,解: 时,F=2ZV 0, V=0;t时,F=ZV 0,V=-V 0;c2时,F=0,V=-2V 0;Lt时,F=-ZV 0,V=-V 0;c5时,F=-2ZV 0,V =0;t3时,F=-ZV 0,V=V 0。cL73.某工地采用预应力管桩,已知其型号为 PHC-C500(100)-20b、桩身材料重度γ=25kN/m 3,估计的弹性波速为 4400m/s。 (1)求该桩桩身材料截面的弹性模量 E 和桩身的力学阻抗 Z。 (必须列出计算公式、计算过程、最终结果及其单位, g 数值取 10) ;(2)若该桩由两节组成,上节桩长 8.8m 且桩端进入密实的粗砂层,试画出可能测到的低应变时域曲线(须标明坐标) 。解:(1)截面积 A=π× (D 2-d2)/4=3.14×(0. 5 2-0.32)=0.1256m2弹性模量 E=γc 2/g=25 kN/m3×(4400m/s)2/(10m/s2)=4.84×107kN/m2=4.84×104MPa桩身力学阻抗 Z=γAc/g=25kN/m 3×0.1256m2×4400m/s÷10m/s2=1381.6 kN.s/m(2)接桩部位可能出现缺陷反射(t x=4ms),桩底反射很弱。4. 一图示自由弹性杆件,L=10m,A=0.1m 2,γ=25kN/m 3,c=4000m/s,一小锤纵向敲击右端,敲击的力脉冲(宽度为 1ms)幅值为 1kN,请给出图中 A、B、C 点在 2L/c 时间段内的速度波形(标明坐标及幅值) 。解:桩身力学阻抗Z=γAc/g A B C=25kN/m3×0.1m2×4000m/s÷10m/s2=1000kN. s / m5m速度最大幅值 V=F/Z=1kN/1000kN. s / m=0.001m/s=1mm/s应力波从 C 端传到 B、A 点所需时间分别为 1.25ms、2.5ms5.某一桩基工程,桩为泥浆护壁钻孔灌注桩,设计桩长 21.0m,桩径 600mm,砼强度等级 C25,极限承载力为 2900KN,总桩数 251 根,布置形式不祥,问:(1)要求通过低应变测试判断桩身砼强度、沉渣厚度、桩长、桩身是否有缺陷等,30%检测,请你结合设计要求给出你的检测方案。(2)测得的部分桩波速为 5400m/s 左右,请你给出这类桩的分析结果。(3)测试时部分桩的波速为 2000m/s 左右,请你分析是否正常及可能的原因。解:(1)检测桩总数的 30%即 76 根,检测时应注意检测 施工质量有疑问的桩; 设○ 1 ○ 2计方认为重要的桩; 局部地质条件出现异常的桩; 施工工艺不同的桩; 除上述规○ 3 ○ 4 ○ 5定外,同类型桩宜均匀随机分布;同时应主意,柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于 1 根。低应变测试可以对桩身完整性进行评价,判断缺陷位置和程度,无法检测桩身混凝土强度和沉渣厚度。(2)混凝土桩一般波速在 3000~4200m/s 之间。若部分桩波速为 5400m/s 左右,排除仪器故障及人员因素,可能是由于①施工桩长不对(偏短) ;②桩长设置不对(偏长) ;③测试信号中对桩底反射定位错误。(3)波速为 2000 m/s 左右,不正常。可能是由于①整桩波速偏低,桩身砼质量差;②桩长不对(偏长) ;③桩长设置错误(偏短)④测试信号中对桩底反射定位错误。6.一根长度 L=20m 的等阻抗自由弹性杆,一维纵波波速 c=4000m/s。t =0 时刻在杆一端施加一宽度为 1ms 的矩形脉冲,其幅值为 V0。问在距杆的两端 1.1m、2.2m 和 3.3m 处出现的质点运动速度最大值各是多少?解:1.1m 处为 2V0;2.2m 和 3.3m 处均为 V0。7.一桩基工程,桩为泥浆护壁钻孔灌注桩,设计桩长 21m,桩径 600mm,砼强度等级C25,极限承载力 2900kN,总桩数 250 根,下表为低应变检测结果表:低应变测试结果桩号 桩径(mm)桩长(m)波速(m/s)砼强度等级沉渣厚度(mm)承载力(kN) 桩身缺陷情况 质量评价1 600 20.9 3600 24 200 3000 优 合格2 600 21.2 3800 26 100 3100 10m 离析 优质3 600 21.1 3800 26 100 3100 优 优质……(4—250 优)综合结论:低应变测试结果表明,该桩基工程优良。试问:(1) 测结果表中是否有错?如有,请诸条指出并说明理由。(2) 若是你测试,给出你可能的测试分析结果表。解:(1)有错误,①低应变不能测砼强度②不能测沉渣厚度③不能测承载力④不能直接判定缺陷性质⑤缺陷情况描述不恰当,桩身无缺陷并不等于“优”⑥低应变可以对桩身完整性进行分类,不能保证所测桩合格与否,更不能评“优”⑦低应变只能测桩身完整性,这只是整个桩基工程验收中的一个分项,所以综合结论错误,单由低应变结果无法对整个桩基评价。(2) 桩号 桩径(mm) 桩长(m) 波速(m/s) 完整性评价 分类1 600 21.0 3600 完整 I2 600 21.0 3800 约 10m 处轻微缺陷 II3 600 21.0 3800 完整 I… … … … … …8.有一弹性自由杆(两端完全自由),长 L=20m,应力波速 C=4000m/s,当一端受瞬态激励后,实测速度波形如下图,求出一阶振动频率并推算弹性杆(忽略材料的阻尼影响)另一端在 3.5ms、5.5ms 和 7.5ms 时的质点速度。解: (1)因两端完全自由 ,所以该杆的纵向振动频率方程为 fn=nc/2L(n=0,1,2,…)则一阶(基阶) 频率 f1=c/2L=4000(m/s)/40m=100Hz(2)弹性波从一端传播至另一端所需时间:T=20m/4000(m/s)=5mst=3.5ms 时,速度波还未到达,另一端的质点速度 V=0;t=5.5ms 时,另一端的质点速度 V=4m/s,速度加倍;t=7.5ms 时,速度波离开另一端往回反射9.画出下列模型桩的低应变实测速度曲线(1) (2)311 21415112617 8V m/st(ms)L/6L/3L/2
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