反射波法基本测试原理与波形分析

一. 反射波法基本测试原理与波形分析1．广义波阻抗及波阻抗界面设桩身某段为一分析单元，其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ，C ，A 表示，则令Z =ρCA （7-1）称Z 为广义波阻抗。

当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的ρ、C 、A 发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。

界面上下的波阻抗比值为22211121A C A C Z Z n ρρ== （7-2） 称n 为波阻抗比。

2．应力波在波阻抗界面处的反射与透射设一维平面应力波沿桩身传播，当到达一与传播方向垂直的某波阻抗界面（如图7-2所示）时。

根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有 V I +V R =V T （7-3） A 1（σI +σR ）=A 2σT （7-4） 式中，V 、σ分别表示质点振动的速度和产生的应力，下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波和透射波。

由波阵面的动量守恒条件导得σI =－ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T代入式（7-4），得ρ1C 1A 1（V I －V R ）=ρ2C 2A 2V T （7-5）联立式（7-3）和（7-5），求得V R =－FV I （7-6a ）V T =nTV I （7-6b ）式中nn F +-=11 称为反射系数 （7-7a ） nT +=12 称为透射系数 （7-7b ） 式（7-6）是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。

3．桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系（1）桩身完好，桩底支承条件一般。

此时，仅在桩底存在界面，速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。

因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2，所以n = Z 1/Z 2>1，代入式（7-7）得F <0，（T 恒>0）由式（7-6）可知，在桩底处，速度量的反射波与入射波同号，体现在V （t ）时程曲线上，则为波峰相同（同向）。

低应变检测过程中应注意的问题前言由于桩基工程是地下隐蔽工程,桩基施工过程中难免会出现诸如断桩、夹层、离析等这样或那样的缺陷,成桩质量直接影响到桩的承载力能否满足设计要求。

目前,在我国桩基质量检测方法有多种,其中反射波法由于其基本原理简单、快速无损、资料判读直观、准确度较高在桩基检测中占据主流地位。

但是如果操作者不能认真对待检测过程中的每一步骤,都可能造成误判、漏判,以至造成工程隐患。

1、基本原理反射波法又叫应力波法,是以手锤或力棒等激震装置撞击桩顶,产生一纵向应力波信号沿桩身传播,由传感器(速度型或加速度型)拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号,再通过一系列分析处理来判定桩身质量。

由于该方法受外界环境、人员素质等多种因素影响,采集到的信号往往是包含多种频率成分的动态信号,所以应针对桩基检测的各个步骤采取相应的措施和手段,来获取桩身响应的真实信号。

低应变反射波法桩基检测可分为两个阶段:现场采集数据阶段和室内数据分析处理阶段。

2、现场数据采集2.1 桩头处理桩基测试依据的信号是由偶合在桩顶的传感器接收到的响应信号,所以桩头处理是取得结果的关键。

在测试前,应认真清理桩头浮浆及破碎部分,直到露出新鲜混凝土界面,且要求桩头有一定的强度,至少应在成桩后8~15天方可检测。

2.2 感器的选择及安装桩土体系的自振频率是由体系的质量和刚度决定的。

在质量一定的情况下,刚度越大,则体系的自振频率越高;刚度越小则体系的自振频率越低。

在刚度一定的情况下,质量越大,则体系的自振频率越低;质量越小则体系的自振频率越高。

目前,在反射波法测试中,应用速度计和加速度计都取得了良好的测试效果。

加速度计的频带宽,高频特性较好;速度计的频带窄,但低频特性较好。

在现场测试时,应视具体工程、具体场合选用不同的传感器,以期及时取得良好的曲线。

通常在短桩、小直径桩检测时采用加速度计,发现浅部缺陷,减少浅部“盲区”;在大直径、长桩的检测中采用速度计,取得深部缺陷及良好的桩底反射信号。

低应变反射波法检测注意事项及常见波形浅析本文在阐述了反射波法的基本原理后，结合检测过程中应注意的事项，对一些工程检测中常见的波形进行了分析和探究。

最后，介绍了因桩身或其他外部因素影响导致实测波形复杂时常用的辅助验证手段。

标签：反射波法，注意事项，波形分析一、引言在我国基础建设飞速发展的今天，桩基础作为一种安全、有效、可靠的基础形式在公路、铁路、市政、房建等领域均得到了广泛的应用。

由于桩基础是地下成桩工艺，所以施工过程中难免出现离析、夹泥、缩颈、断裂等不良缺陷，这些缺陷不同程度地影响了基桩的质量而影响到上部结构物的安全，因此基桩质量的检测越来越重要。

作为基桩完整性检测的常规手段，低应变反射波法在我国有多年的实践应用并已纳入国家的规范，由于此种方法具有野外数据采集快速、方便，测试资料分析简单、精确，费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。

当然，这种方法在实际应用中存在许多问题应引起注意和重视，否则将对基桩完整性检测的结果产生较大的影响。

二、低应变反射波法的基本原理低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。

將桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一应力波沿桩身向下传播，当遇到界面缺陷或桩身波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。

安装在桩顶上的传感器，将接收到来自桩身各个波阻抗Z变化界面处反射上来的信息，根据记录到的信息，通过时域分析、频域分析和阻抗分析等，从而判断桩身混凝土的完整性、缺陷的程度及其在桩身中的位置。

并可根据桩底反射信号，计算整桩平均波速。

桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ、纵波速度C等决定，如式（1）。

Z=ρCA（1）假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1，上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。

当Z1=Z2时，表示桩截面均匀，无缺陷；当Z1>Z2时，表示在相应位置存在缩颈或砼质量缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致；当Z1<Z2时，表示在相应位置存在扩径，反射波速度信号与入射波速度信号相位相反。

反射波法基本测试原理与波形分析反射波法是地球物理勘探中常用的一种方法，主要用于确定地下的结构和性质。

反射波法的基本原理是利用地震波在地下介质中传播时的反射和折射现象。

它通过在地面上布设一系列地震源（如炮点）和地震接收器（如地震传感器），并记录地震波在地下介质中传播的反射和折射波。

在地震源激发的地震波传播过程中，波在地下介质中遇到不同密度和速度的层界面时会发生反射和折射。

当地震波从一种介质传播到另一种介质时，部分能量会被反射回地面，形成反射波；同时，一部分能量会继续传播到下一个介质中，形成折射波。

地震接收器可以记录到这些反射波和折射波的到达时间和幅度。

在波形分析中，根据记录到的地震波数据，可以通过计算地震波的到达时间和幅度差来推断地下介质的性质和结构。

其中到达时间差反映了不同层界面的深度，而振幅差则与地下介质的物性有关。

根据这些数据，可以绘制出地下层界面的剖面图，并进一步解释地下地质构造和储层性质。

波形分析还可以通过计算地震波的速度来推断地下介质的密度和岩性。

地震波在传播过程中，速度会受到地下介质物性的影响，不同的岩石类型和密度会导致地震波的速度发生变化。

通过分析地震波的速度，可以推断地下地质中的不同岩性类型和密度分布情况。

这对于石油勘探和地质工程等方面具有重要意义。

然而，反射波法也存在一些技术难题和局限性。

首先，由于地震波在地下介质中的传播受到多种因素的影响，如介质异质性、波场衰减等，波形的解释和分析较为复杂。

其次，反射波法在复杂地质环境下的应用可能受到限制，如在存在大量散射介质的区域或井下存在水层等情况下，地震波的传播和反射过程会发生多次散射，导致波形分析结果的精度下降。

总之，反射波法是一种重要的地球物理勘探方法，通过记录地震波的反射和折射波的到达时间和幅度，可以推断地下介质的性质和结构。

在波形分析中，通过解释地震波的速度和振幅变化，可以推断地下介质的密度和岩性。

然而，反射波法也面临一些技术难题和局限性，需要结合其他地球物理方法和地质资料进行综合分析。

实验报告课程：桩基检测与评定题目：低应变检测桩身完整性与桩基超声波透射法院系：土木工程系专业：年级：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2012 年7 月 1 日基 桩 反 射 波 法 试 验检 测 报 告一．基本原理基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播。

当桩身存在明显波阻抗Z 变化的截面将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z 变化决定。

桩身波阻抗Z 由桩的横截面积A 、桩身材料密度ρ等决定即Z=A C ⋅⋅ρ。

假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗1Z =111A C ρ，上部波阻抗2Z =222A C ρ①当1Z =2Z 时，表示桩截面均匀，无缺陷。

②当1Z >2Z 时，表示在相应位置存在缩径或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。

③当1Z <2Z 时，表示在相应位置存在扩径，反射波与入射波速度信号相位相反。

当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t 和桩身传播速度C 来推算缺陷位置Lx=△t ²C/2二．现场检测大致流程是用力锤对桩顶作瞬态激振，以产生脉冲应力波，由设置在桩顶的加速度传感器接收入射波和反射波信号，该信号经电荷放大后，经桩基分析系统处理，根据反射波的时差，相位和幅值即可判断桩身的缺陷位置、类型及程度。

传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。

对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接，此次实验使用的是经口加工的口香糖。