(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210558561.8 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 孟坤　程钰　苏会锋　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 王晓凤 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) E02D 33/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦 桩完整性的高精度方法 (57)摘要 本发明属于动力测桩技术领域， 具体涉及一 种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整 性的高精度方法。 通过建立半埋入 大直径摩擦桩 三维力学模 型， 利用数学手段求解得到桩顶速度 反射波曲线半解析解， 在此基础上分析桩顶速度 反射波曲线高频干扰成分在桩顶径向位置分布 规律， 基于该规律提出了一种消除桩顶速度反射 波曲线高频干扰成分的方法， 消除了高频干扰成 分即可提高桩基完整性检测精度， 考虑半埋入大 直径桩摩擦桩桩底土体波动效应对其振动特性 的影响， 首次提出了适用于半埋入 大直径摩擦桩 的三维虚土桩模型， 具有很好的适用性。 本发明 对于指导桩的动力设计及提高低应变检测桩身 完整性的准确性具有很好的应用前 景。 权利要求书7页 说明书16页 附图3页 CN 114996803 A 2022.09.02 CN 114996803 A 1.一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度方法， 其特征在于， 具 体步骤包括： S1.利用平面应 变模型建立桩侧 和桩底土体纵向振动控制方程； S2.利用黏弹性三维轴对称理论建立半埋入大直径摩擦桩及三维虚土桩纵向振动控制 方程； S3.建立桩侧土 ‑半埋入大直径摩擦桩 ‑三维虚土桩 ‑桩底土耦合振动体系的边界条件； S4.利用Laplace变换及分离变量等数学手段求解S1和S2步骤中的2个振动方程， 并结 合S3中桩和土体界面上位移连续、 应力平衡条件， 求解得到半埋入大直径桩桩顶速度反射 波曲线解析解； S5.利用MATLAB编写程序得到基于桩身三维黏弹性波动理论的半埋入大直径摩擦桩桩 顶速度反射波曲线理论解的数值算例， 基于此分析高频干扰成分在半埋入 大直径桩桩顶的 分布规律， 结合计算结果给 出消除桩顶速度反射波曲线高频干扰成分的方法； S6.现场检测半埋入大直径桩完整性时， 根据步骤S5对大直径桩桩顶分布规律的分析 布置两个检测 点， 并将两个检测点处采集的速度反射波曲线进行叠加， 基于叠加后的反射 波曲线对大直径桩进行完整性判别， 实现半埋入大直径桩完整性的高精度评价。 2.根据权利要求1所述的一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度 方法， 其特 征在于， 所述S1中利用平面应 变模型建立桩侧 和桩底土体纵向振动控制方程 为： 式中， uSS为桩侧土体 竖向位移， uES为桩底土体竖向位移， GSS、 ηSS和ρSS分别为桩侧土体的 剪切模量、 黏性阻尼系数和密度,GES、 ηES、 和ρES分别为桩底土体的剪切模量、 黏性阻尼系数 和密度。 3.根据权利要求1所述的一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度 方法， 其特征在于， 所述S2中利用黏弹性三维轴对称理论建立半埋入大直径摩擦桩及三维 虚土桩纵向振动控制方程 为： 式中， 为半埋入大直径摩擦桩的竖向位移， 和 分别为半埋入大直径摩 擦桩的拉梅常数、 剪切模量、 黏性阻尼系数和密度， 和 分别为半埋入大直径摩擦桩的弹性模量和泊松比， 下标j＝1,2、 j＝1和j＝2相关参 数分别代表半埋入 大直径摩 擦桩的露出段和埋入段， uFP为三维虚土桩的竖向位移， λES、 GES、 ηES和ρES分别为桩底土的拉梅常数、 剪切模量、 黏性阻尼系数和密度， λES＝EESμES/(1+ μES)(1‑ 2 μES)， GES＝EES/2(1+ μES)， EES和 μES分别为桩底土的弹性模量和泊松比。 4.根据权利要求1所述的一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114996803 A 2方法， 其特征在于， 所述S 3中建立桩侧土 ‑半埋入大直径摩擦桩 ‑三维虚土桩 ‑桩底土耦合振 动体系的边界条件,土体位移在径向无穷远处减小为 零： uES|r→∞＝uSS|r→∞＝0 (5) 半埋入大直径桩露出段的表面剪应力为零， 桩侧土与半埋入大直径摩擦桩埋入段、 桩 底土与三维虚土桩在桩半径处位移和应力相等： 式中， τSS、 τFP和τES分别为半埋入大直径摩擦桩露出段、 埋入段、 桩侧土、 三维 虚土桩和桩底土的剪切应力， 半埋入大直径摩擦桩 桩顶的边界条件为： 式中 为大直径摩擦桩的正应力， p(t)g(r)为激振锤产生的均 布激振力； 半埋入大直径摩擦桩 桩中心处的竖向位移为有限值： 三维虚土桩在基岩处的竖向位移为 零： uFP(z,r,t)|z＝H＝0 (11) 。 5.根据权利要求1所述的一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度 方法， 其特 征在于， 所述S4包括如下 具体步骤： 步骤1.土体位移求 解 对公式(1)和公式(2)进行拉普拉斯变换： 式中， USS(r,ω)和UES(r,ω)分别为uSS(r,t)和uES (r,t)的拉式变换， ω 激振圆频率； 考虑边界条件式(5)后方程(12)和(13)的通 解为： USS(r,ω)＝ASSK0(qSSr) (14) UES(r,ω)＝AESK0(qESr) (15) 式中ASS和AES为待定系数， K0()为第二类零阶修 正贝塞尔函数，权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114996803 A 3