膨胀波干扰下的激波反射临界曲线

中国力学学会

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CSTAM 2012-B03-0123

膨胀波干扰下的激波马赫反射研究

李韶光，姚瑶，高波，吴子牛

清华大学航天航空学院工程力学系

第七届全国流体力学学术会议 2012年11月12—14日广西·桂林

第七届全国流体力学学术会议 CSTAM2012-B03-0123 2012年11月广西·桂林

膨胀波干扰下的激波马赫反射研究

李韶光*,2)，姚瑶+，高波*，吴子牛*

*（清华大学航天航空学院工程力学系，北京海淀区 100084）

摘要超音速进气道在超额定状态下，唇口膨胀波会与外压缩激波发生干扰，进而对外压缩激波在唇口上的反射类型和反射结构产生影响。本文考虑了唇口膨胀波对外压缩激波的干扰，得到了不同唇口膨胀角下的激波反射临界曲线，并进行了数值验证。我们发现，在相同的来流马赫数和楔角楔长等条件下，不同的唇口膨胀角会产生不同的激波反射类型。针对马赫反射三叉点在唇口膨胀波之后的情况，通过进一步考虑各种膨胀波和压缩波的干扰，用理论的方法预测了唇口膨胀波干扰下激波马赫反射的波系结构，包括马赫杆的高度、反射激波和滑移线的位置和形状等，并与CFD结果有很好的吻合。

关键词膨胀波，激波，临界曲线，马赫反射，波系结构

引言

超燃冲压发动机进气道内存在着丰富的激波反射现象。在超音速飞行器不同的飞行状态下，进气道的外压缩激波会打在不同的位置。当外压缩激波打在唇口点之后时（图1），它会受到唇口膨胀波的干扰，并对其反射类型和反射结构产生影响。本文将对这一情况展开研究。

图 1进气道非设计状态示意图

众所周知，激波反射存在两种反射类型，正规反射(RR)和马赫反射(MR)，如图2所示。RR由入射激波i和反射激波r组成；MR中，入射激波i，反射激波r，马赫杆m和滑移线s相交于三叉点T，形成三激波结构。

图 2正规反射与马赫反射示意图

Von Neumann[1,2]针对RR和MR提出了二

激波理论和三激波理论，并给出了判断RR-MR 相互转捩的两个临界条件，脱体条件和压力平衡条件（也称von Neumann条件）。给出了激波反射类型区域的划分，横轴

M为来流马赫

数，纵轴

θ为尖楔楔角。von Neumann条件由N

θ表示，该曲线下面的区域只可能出现RR；脱体条件由D

θ表示，该曲线上面的区域只可能出现MR；两条临界曲线之间的区域为“双解区”，两种反射类型均可能发生，如图3所示。

图 3激波反射类型区域划分

1979年Hornung等[3]预测了RR和MR相互转捩时迟滞效应的存在。1995年Chpoun等[4]首次在实验中发现了RR-MR相互转捩的迟滞现象。随后，Chpoun[5]，Ivanov[6,7]，Henderson

[8]和Hu[9]等分别从数值的角度对此进行了研究。最终发现，双解区内产生RR还是MR取决于流场建立的历史条件。

对于MR中马赫杆的高度，前人也做了一定的研究。Chang[10]和Chow等[11]针对喷管自由射流问题研究了马赫杆的高度，不同之处在于喷管自由射流中膨胀波来自于反射激波在自由面上的反射。Azevedo[12,13]，Li[14]和Mouton [15]等都针对二维定常MR提出了预测马赫杆高度的模型，但由于模型中都不同程度地忽略了某些重要的物理现象，使得预测结果偏高或者偏低。Gao等[16]首次发现了反射激波后为非均匀流场，并考虑了楔尾膨胀波在滑移线上的反射，以及各种波之间的相互干扰，最终得到了MR的马赫杆高度、反射激波和滑移线的位置和形状等，并与CFD结果有很好的吻合。

2007年Hillier[17]对平直通道内，异侧膨胀波干扰下的激波反射进行了数值研究。根据三叉点T与唇口膨胀波之间的相对位置关系，将膨胀波干扰下的马赫反射分为三类：三叉点T 在唇口膨胀波之后（类型一）；三叉点T进入唇口膨胀波（类型二）；三叉点T在唇口膨胀波之前（类型三）。根据计算结果，Hillier发现膨胀波干扰下马赫反射的类型对入射激波起点和唇口膨胀波起点的相对距离很敏感。由于Hillier采用的是平直通道，因此只考虑了入射激波的气流偏转角

θ与唇口膨胀角δ相等的情况。

本文将在前人研究的基础上，加入唇口膨胀波对外压缩激波的干扰，得到不同唇口膨胀角下的激波反射临界曲线。针对马赫反射三叉点在唇口膨胀波之后（类型一）的情况，通过进一步考虑各种膨胀波和压缩波的干扰，用理论的方法预测膨胀波干扰下激波马赫反射的波系结构，包括马赫杆的高度、反射激波和滑移线的位置和形状等。1 膨胀波干扰下的激波反射临界曲线

图 4唇口膨胀波与入射激波干扰示意图

图4给出了唇口膨胀波

R与入射激波i的

干扰示意图。一方面，入射激波i与唇口膨胀

波

R干扰，使得激波发生弯曲，产生透射激波'i，气流偏转角增大；另一方面，来流（0

区）经过膨胀波

R后，马赫数增大，压力和密度减小（2区）。这两个方面的因素共同影响着入射激波反射的临界曲线。

本节将先对入射激波i与唇口膨胀波Q R之间的干扰进行求解，得到干扰后的透射激波'i 后，再应用激波反射的两个临界条件（脱体条件和压力平衡条件）的计算方法得到干扰后透射激波RR-MR相互转捩的临界条件。在此基础上再考虑有限长度唇口对临界条件的修正。

1.1 唇口膨胀波与入射激波的异侧干扰

实际中，膨胀波是一个连续的区域。在这

里，我们用

N道等强度的马赫波表示Q点发

出的唇口膨胀波

R，如图5所示。气流穿过Q

R的偏转角为δ，因此穿过每道马赫波

的偏转角为/

αδ

=。

图 5唇口马赫波与入射激波干扰示意图

假设马赫波

已经求解完成，并得到

了(1)区参数、激波

k k

B B

段气流偏转角

k k

B B

和激波角1k k B B β-，现求解马赫波k QB 与激波

1k k B B -的异侧相交。

(2)区参数通过斜激波关系式求得：

12221121(sin 1)1

k k B B p M p γβγ-=+-+ 其中，p 代表压力，M 代表马赫数，γ代表比

热比。

穿过马赫波k QB 存在Prandtl-Meyer 关系，可得到(4)区参数：

412141214

()()2(1)()2(1)M M p M p M γ

γννα

γγ--=+-=+- 其中，()M ν是Prandtl-Meyer 函数：

(

)

M ν穿过马赫波k k B C 存在类似的Prandtl-Meyer 关系，(5)区与(4)区参数之间，同样满足斜激波关系式，这里不再累述。

再加上滑移线k k B D 两侧(3)区和(5)区满足：

3535,p p φφ==

以上关系完全可以确定(2、3、4、5)区参数和激波段1k k B B +。如此顺序求解，就可完全求解唇口膨胀波与入射激波的干扰，得到透射激波'

i 。

1.2 唇口膨胀波干扰后的临界曲线

针对没有唇口膨胀波干扰下的激波反射，Von Neumann [1,2]给出了判断RR-MR 相互转捩的两个临界条件：反射激波脱体临界曲线D

和von Neumann 临界曲线N

θ。将唇口膨胀波后的气流作为来流参数，将上面求得的透射激波'

i 作为入射激波，应用von Neumann 提出的

D θ和N θ的求解方法，就可得到入射激波i 与

唇口膨胀波Q R 干扰后透射激波'

正规反射和马

赫反射之间相互转捩的临界条件，如图 6所示。

图 6不同唇口膨胀角下激波反射临界曲线

图 6中，M

w θ代表入射激波i 的脱体线，对于不同的膨胀角δ，M

w θ不变。对于每个膨胀角δ有两条临界曲线，上面的一条是反射激波脱体线D

w θ，下面的一条是压力平衡线N

w θ，相同的膨胀角用相同的线型表示。从图中可以看出不同唇口膨胀角δ对临界曲线的影响有如下规律：

1) 在来流马赫数0M 较小的情况下，随着膨胀角δ的增大， D

w θ和N

w θ逐渐增大，这样就使得马赫反射更难发生；

2) 在来流马赫数0M 较大的情况下，随着膨胀角δ的增大，D

w θ和N

w θ逐渐减小，这样就使得马赫反射更容易发生。

1.3 转平激波对激波反射临界曲线的影响

进气道唇口是有限长度的，如果入射激波打在唇口上并发生正规反射，则在唇口后缘出会产生转平激波，转平激波会与反射激波发生干扰，如图 7所示。当唇口转平角较大时，转平激波会发生脱体。脱体的转平激波t 与反射激波r 发生同侧激波干扰，产生了激波'

r 与滑移线'

s 。滑移线'

s 上下(5)区和(6)区压力平衡。对应的激波极曲线如图 8所示，代表转平激波

t 的极曲线与代表反射激波r 和'r 的极曲线相

交与点A ，即代表(5)区和(6)区气流方向相同且压力平衡。

图 7唇口后缘转平激波与反射激波干扰示意图

图 8转平激波与反射激波干扰极曲线

在某些条件下，如果代表转平激波t的极曲线与代表反射激波r和'r的极曲线没有交点，即(5)区和(6)区压力不能平衡，则脱体的转平激波会继续前移。当转平激波前移到RR的反射点时，RR就会想MR转捩。(5)区和(6)区能否出现压力平衡的临界条件是代表转平激波t的极曲线与代表反射激波r和'r的极曲线相切，将这一临界条件记为DE

θ。

图 9给出了唇口膨胀角10

δ=时，外压缩激波在唇口上反射的三条临界曲线。可以看

出，考虑转平激波的影响后的临界曲线DE

θ要

低于D

θ，使得外压缩激波提前由正规反射向马赫反射转捩。

图 9外压缩激波在唇口上反射的临界曲线

图 10给出考虑转平激波影响后，不同唇口膨胀角δ下，激波反射的临界曲线。相比图6，将每个膨胀角下的临界曲线D

θ替换成了DE

θ。定量上，同一膨胀角下的DE

θ要低于D

θ；但定性上两者相对膨胀角δ有相同的变化规律：

1) 在来流马赫数

M较小的情况下，随着膨胀角δ的增大，DE wθ逐渐增大，这样就使得马赫反射更难发生；

2) 在来流马赫数

M较大的情况下，随着膨胀角δ的增大，DE wθ逐渐减小，这样就使得马赫反射更容易发生。

这一规律会使相同的来流马赫数

M和楔角θw，在不同的唇口膨胀角下，处于不同的激波反射类型区。这会对进气道的内的流场结构和性能产生重要影响。对于一定的飞行马赫数，当飞行攻角或唇口膨胀角发生变化时，原来处于正规反射区的流场会突然进入双解区或马赫反射区，RR向MR转捩，进气道内的波系结构和性能都会发生质的改变。下面我们将CFD的方法对上面得到的临界曲线进行验证。

图 10考虑转平激波影响后，不同唇口膨胀角下激波反

射临界曲线

1.4 数值验证

为了验证上面得到的新的临界曲线，我们去一些特殊的工况，在不同的膨胀角下进行CFD 计算。本文的CFD 计算都是采用商业软件Fastran 求解Euler 方程，网格为

660250?。由于篇幅的原因，在这里只给出

一个工况点的计算结果。

取来流马赫数0 2.5=M ，楔角20w θ=。这一工况在临界曲线图中的位置如图 11中的实心黑点所示。对于膨胀角5δ=，它处于临界条件DE

w θ之上，只能发生马赫反射；对于膨胀角10δ=，该工况处于DE

w θ和N

w θ之间，处于双解区，发生正规反射还是马赫反射取决与初始场。图 12给出了两种膨胀角下的马赫数云图。从图中可以看到，膨胀角5δ=时，得到了马赫反射；膨胀角10δ=时，得到了正规反射，与理论预测相吻合。

从计算结果可以看出，在来流马赫数

0 2.5=M ，楔角20w θ=时，随着唇口膨胀角

δ的减小，临界曲线DE

θ逐渐减小，原来处于双解区的工况会突然进入马赫反射区，导致RR 转捩为MR ，对进气道的性能产生显著的影响。相反，在来流马赫数0M 较大的情况下，随着唇口膨胀角δ的增大，DE

w θ逐渐减小，原来处于正规反射区或双解区的工况会突然进入马赫反射区，同样导致RR 转捩为MR 。

出现马赫反射后，马赫杆高度越大，对进气道性能的影响也越大。下面将研究一种快速的理论预测方法，该方法可以对了膨胀波干扰

下激波马赫反射的波系结构进行快速预测，包括马赫杆的高度、反射激波和滑移线的位置和形状等，为进气道的初期快速设计提供参考。

图 11实心黑点代表来流马赫数0 2.5M =，楔角

20w θ=

图 12马赫数云图（来流马赫数0 2.5M =，楔角

20w θ=，初始场都为来流的均匀场）

2 膨胀波干扰下马赫反射波系结构预测

前面提到，Hillier [17]根据三叉点T 与唇口膨胀波之间的相对位置关系，将膨胀波干扰下的马赫反射分为三类：三叉点T 在唇口膨胀波之后（类型一）；三叉点T 进入唇口膨胀波（类型二）；三叉点T 在唇口膨胀波之前（类型三）。下面我们只针对类型一进行研究。 2.1 理论方法简介

本文所探讨的问题，相对没有有唇口膨胀波干扰下的激波马赫反射（即入射激波在平直

壁面上的马赫反射），最大的不同就是多了唇口膨胀波与马赫反射中各结构的干扰。

对于在平直壁面上的激波马赫反射结构的预测，前人已经做了不少的研究。最近的成果是，2010年Gao 等[16]首次发现了反射激波后为非均匀流场，并考虑了楔尾膨胀波在滑移线上的反射，以及各种波之间的相互干扰，最终得到了MR 的马赫杆高度、反射激波和滑移线的位置和形状等，并与CFD 结果有很好的吻合。

我们将先用 1.1节方法求解唇口膨胀波和入射激波的干扰，得到干扰后的透射激波'

i 。透射激波'

i 打在唇口壁面上发生马赫反射的结构预测采用Gao 等[16]相同的方法，这里不再累述。不同之处在于，滑移线下部的壁面不再是平直的，在唇口后缘会发生折转，对喉部的位置和高度，进而对马赫杆的高度和位置都会产生影响，如图 13所示。下面给出理论预测结果与CFD 结果的对照。

图 13唇口膨胀波干扰下的马赫反射模型

2.2 预测结果验证

为了验证上面的理论预测方法，我们将对同样的工况进行CFD 计算和理论预测，并进行对照。CFD 计算都是采用商业软件Fastran 。

图 14给出了05M =，26w θ=，

5δ=，0/ 1.1w H =，0/ 1.5L H =，

10/ 1.3L H =（各几何参数代表意义见图 1）

条件下分别用理论模型和CFD 计算得到的MR 波形结构的对比，从图中可以看出理论预测结果与CFD 结果有较好的吻合。不仅给出了马赫杆的位置和高度，也成功预测出了反射激波和滑移线的位置和形状。尽管由于滑移线的Kelvin-helmholtz 不稳定，理论给出的透射马赫波与CFD 结果吻合的不是非常好，但是很好地预测了反射激波和滑移线的位置与形状。

目前的预测方法只包含了唇口膨胀波与入射激波的干扰，没有包含膨胀波与马赫杆的干扰，这将在以后的研究中进行。

图 14膨胀波干扰下的马赫反射结构，理论预测与CFD

结果对照

2 结论

本文针对超音速进气道在超额定状态下，唇口膨胀波会干扰下的马赫反射进行了研究。通过求解唇口膨胀波与入射激波的干扰，应用平直平板上激波反射的临界曲线理论，并考虑唇口后缘再压缩激波的影响，得到了不同唇口膨胀角下的激波反射临界曲线，能够回答什么情况下会发生马赫反射。针对马赫反射三叉点T 在唇口膨胀波之后的情况，利用Gao 等[16]的预测方法，结合唇口膨胀波与入射激波的干扰求解，用理论的方法预测了膨胀波干扰下激波马赫反射的波系结构，包括马赫杆的高度、反

射激波和滑移线的位置和形状等，并与CFD 结果有很好的吻合。

参考文献

1 Von Neumann J. Oblique reflection of shock. Explos Res Rep 12, Navy Dept, Bureau of Ordinance, Washington DC, 1943.

2 Von Neumann J. Refraction, intersection and reflection of shock waves. NAVORD Rep 203-45, Navy Dept, Bureau of Ordinace, Washington DC, 1945.

3 Hornung H. G., Oertel H., Sandeman R. J. Transition Mach reflexion of shock waves in steady and

pseudosteady flow with and without relaxation. J. Fluid Mech. 1979, 90: 541～560.

4 Chpoun A., Passerel D., Li H., Ben-Dor G.

Reconsideration of oblique shock wave reflection in steady flows. Part 1. Experimental investigation. J. Fluid Mech. 1995, 301: 19～50.

5 Chpun A, Ben-Dor G. Numerical confirmation of the hysteresis phenomenon in the regular to the Mach reflection transition in steady flows. Shock Waves, 1995, 5: 199～203.

6 Ivanov M, Zeitoun D, Vuillon J, Gimelshein S, Markelov G. Investigation of the hysteresis phenomena in steady

shock reflection using kinetic and continuum methods. Shock Waves, 1996, 5: 341～346.

7 Ivanov M S, Ben-Dor G, Kudryavtsev A N, Khotyyanovsky D V. The reflection of asymmetric shock waves in steady flows: a numerical investigation. J Fluid Mech, 2002, 469: 71～87.

8 Henderson L F, Crutchfield W Y, Virgona R J. The effect of heat conductivity and viscosity of argon on shock waves diffracting over rigid ramps. J Fluid Mech, 1997, 331: 1～36.

9 Hu Z M, Myong R S, Kim M S, Cho T H. Downstream flow condition effectes on the RR→MR transition of asymmetric shock waves in steady flows. J Fluid Mech, 2009, 620: 43～62.

10 Chang I S. Mach reflection, Mach disc, and the associated nozzle free jet flows. [Ph D Thesis] University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Ill, 1973. 11 Chow W L, Chang I S. Mach reflection associated with over-expanded nozzle free jet flows. AIAA J, 1975, 13: 762～766.

12 Azevedo D J. Analytical prediction of shock patterns

in a high-speed wedge bounded duct. [Ph D Thesis] State University NY, Buffalo, 1989.

13 Azevedo D J, Liu C S. Engineering approach to the prediction of shock patterns in bounded high-speed flows. AIAA J, 1993, 31: 83～90.

14 Li H, Ben-Dor G. A parametric study of Mach reflection in steady flows. J Fluid Mech, 1997, 341: 101～125.

15 Mouton C A, Hornung H G. Mach stems height and growth rate predictions. AIAA J, 2007, 45:1977～1987.

16 Gao, B. & Wu, Z. N.2010 A study of the flow structure for Mach reflection in steady supersonic flow. J. Fluid Mech. 656: 29～50.

17 Hillier R. Shock-wave/expansion-wave interactions and the transition between regular and Mach reflection. J Fluid Mech, 2007, 575: 399～424.

ON THE MACH REFLECTION WITH THE INTERACTION OF AN EXPANSION

WAVE

LI Shaoguang Yao Yao Gao Bo Wu Ziniu

(Department of Engineering Mechanics, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract In supersonic inlet off-design situation, the incident shock wave impinges downstream of the lip point and is then distorted by a corner expansion fan. It will affect the type and the structure of the shock reflection. Adding the impact of the lip point expansion fan, we get the shock reflection critical lines at different expansion angle, finding that there will be different type of shock reflection at the same inflow Mach number and deflection angle if the expansion angel is different. Against the ‘Typer-1’ case, interactions with the triple point behind the expansion fan, by considering the interaction between the various expansion or compression waves, we obtain a Mach stem height, the shape and position of the slipline and reflected shock wave, compared well to computational fluid dynamics (CFD) results.

Key words expansion wave, shock wave, critical lines, MR reflection, wave structures

经典低应变反射波法的基本原理

的1/3乃至1/5以下。以加速度计为例，如其安装谐振频率为14kh，则频率上限只能达到3-4kh。由于桩基动测对幅值的定量要求不高，可以放宽限度，但也绝不能使谐振频率接近甚至位于要求的频率范围内。然而，地震检波器的使用者却不同程度地犯了这个错误，以28hz和38hz的速度检波器为例，研究表明，当锥形杆被手按于混凝土表面，且用铁锤激发时，谐振频率在830hz左右；通过钻孔方式将锥形杆紧紧地全部插入孔中或取下锥形杆用石膏粘固在混凝土表面时，如用铁锤敲击，谐振频率多在1200hz以上，此时如用尼龙锤或铁锤垫橡皮等低频锤敲击则可完全排除安装谐振频率的影响。显而易见，正确安装方式应以后者为宜。理论推导表明，传感器的安装谐振频率与传感器的安装刚度和传感器底座质量有关。一般可以减化理解为：安装刚度越高，基座质量越小，安装谐振频率就越高，而安装刚度与安装的松紧程度、传递杆（锥形杆）长短有关。正因如此，一般要求取消锥形杆（或全部埋入被测连续介质中），也要求传感器基座越轻越好。对于位移型惯性传感器而言（如速度计），安装谐振频率有f1，f2两个，f1比传感器的自然谐振频率还低，在40Hz以内，一般对测试没有影响；f2即是所讲安装谐振，处理较好时应在1200Hz以上。加速度型惯性传感器也有两个安装谐振频率，但均位于高频段，引起我们关注的是第一谐振频率，处理较好时在大几千赫兹至几万赫兹变化，但是，如用弹性较好的橡皮泥安装将只有1-2kHz。在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比，加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大优势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。所以建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。理论上讲位移计型惯性传感器包括速度计（所谓高阻尼速度计和地震检波器）的高频部分是完全满足应力波反射法测试要求的，但由于生产工艺等方面的原因，其高频部分往往受到很大的限制，有的仅几百赫兹，最高一般亦在2kHz左右会掉下来。在现场测桩时，传感器的安装刚度又会导致安装谐振的出现，进一步使传感器的可测范围变窄，那么怎样判断传感器的优劣呢？利用牙膏、石膏、黄油、橡皮泥等粘接剂将不含锥形杆的速度计紧紧地粘贴在被正确清理干净，满足测试要求的桩头上或用冲击电锤打孔，将有锥形杆的速度计牢牢地插入孔中，确保安装方法正确后，利用小铁锤直接敲击砼表面，仪器的模拟滤波档置2.5kHz以上。对被测信号进行谱分析，如果此桩两米内没有毛病，其幅值谱最高峰（一般为传感器的安装谐振峰）频率大于1200Hz，此传感器即可满足测试要求。频率越高在以后的测试过程中浅部测试效果将越好；分析幅值谱的低频部分(固有频率以下)还可判断出低频特性的好坏。换用低频锤，如力棒、尼龙锤(桩头再垫层橡皮更好)或铁锤＋汽车外胎垫测试，如无振荡或振荡很小，这类传感器将更好。如果传感器的谐振峰仅几百赫兹，用低频锤时又不能消振，那么这种传感器是满足不了测试要求的。需要指出的是，这种测试方法与桩头强度、砼龄期、浅部缺陷以及安装紧凑程度很有关系，以预制桩桩头测试效果最好，而如果在素混凝土上测试，效果将最差，最不能说明问题。速度计是自生电动势型的，虽然价格低廉，但也应注意保护，一般的保护方法是将其输出端短路或两个传感器对接。开路贮放将减少传感器寿命，是不合适的。测桩界较流行的速度计：灵敏度大约为280mV/cm/s，固有频率：10~28Hz，阻尼系数ξ=0.6~1.0。如果判断速度计测试效果的好坏？从传感器频响，特别是安装后的频响特性来考虑，速度计用于测桩是应当慎重的，因此从某种意义上讲，提高速度计的安装刚度，降低安装质量

低应变反射波法检测细则

低应变反射波法检测 1适用范围本细则适用于低应变反射波法检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。其有效检测桩长范围应通过现场试验确定。 2编制依据《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014。 3检测仪器设备检测仪器设备主要为RS-1616K（S）基桩动测仪、力锤、力棒。 4受检桩种类及要求 4.1 受检桩种类 1、混凝土预制桩 2、混凝土灌注桩 4.2 受检桩要求 4.2.1受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。 4.2.2桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。 4.2.3桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。 5现场检测 5.1准备工作 5.1.1收集工程桩的桩型、桩长、桩径、设计桩身混凝土强度、施工记录及地质勘察报告等有关技术资料。 5.1.2检查桩顶条件和桩头处理情况受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与设计条件基本相同。灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶平面应平整干净无积水，必要时宜采用便携式砂轮机磨平；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。预应力管桩当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则，应采用电锯将桩头锯平。当桩头与承台或垫层相连时，应将桩头与混凝土承台或垫层断开。 5.1.3检查仪器设备，使测试系统各部分之间匹配良好。 5.2现场仪器设备配置（如下图）：

5.3测量传感器的选择和安装 5.3.1传感器的选择检测长桩的桩端反射信息或深部缺陷时，应选择低频性能好的传感器；检测短桩或桩的浅部缺陷时，应选择加速度传感器或宽频带的速度传感器。 5.3.2传感器的安装 1、传感器安装应采用化学粘结剂或石膏、黄油等粘贴，不应采用手扶式。安装时必须保证传感器与桩顶面垂直。 2、激振点和传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。 3、实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90度，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。 5.4激振操作 1、激振方向应沿桩轴线方向。 2、激振方式应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫。宜采用小锤（窄脉冲）获取短桩或桩的上部缺陷反射信号，宜采用大锤（宽脉冲）获取长桩或桩的下部缺陷反射信号。 5.5测试参数设定 1、时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。 2、设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。 3、桩身波速根据本地区同类桩型的测试值初步设定。一般可按下表选择： 4、采样间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024点，在保证测得完整信号的前提下，选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。 5、放大器增益应结合激振方式通过现场对比试验确定。 6、传感器的设定值应按计量检定结果设定。 5.6测试信号采集和筛选 1、根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个，通过叠加平均提高信噪比。 2、检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 3、不同检测点及多次实测时域信号一致性较差时，应分析原因，增加检测点数量。 4、信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统量程（避免信号波峰削波）。 5、每根被检测的基桩均应进行二次以上重复测试，当检测波形重复良好时方可存储记录。当重复性不好时应及时清理激振点，改善传感器安置条件或排除仪器故障后重新进行测试。对于异常波形，应在现场及时分析研究，排除可能存在的激振或接收条件不良因素的影响后重新测试。

低应变法检测桩身完整性

低应变反射波法目前国内外普遍采用瞬态冲击方式,实测桩顶加速度或速度响应时域曲线。籍一维波动理论分析来判定基桩得桩身完整性,这种方法称之为反射波法(或瞬态时域分析法)。传感器得安装方法: 实心桩得激振点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3 半径处; 空心桩得激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成得夹角宜为90 度,激振点与测量传感器安装位置宜为桩壁厚得1/2 处。

传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部,再把传感器放入桩顶部,松手后传感器不会移动与侧斜为佳。传感器安装地点,一点要平整。不然会影响采集效果,藕合可以用牙膏,黄油,口香糖,但不可用泥巴。敲击: 敲击以力棒自由落体来敲击桩头,力棒落到桩头反弹后,立马抓住力棒。落距为5cm—15cm 为佳。视桩得长度而定,桩稍长可稍加大落距。长桩用得锤头最好为橡胶头,短桩用铝合金头。波形分析完整桩:入射波与反射波同相

也有桩底反射与初始入射波先反相再同相得扩底桩下图为,某小区得住宅楼,长7、2 米人工挖孔桩,设计砼强度为C25。V=3675,经检测桩底反射明显,底部扩底属完整桩缩径桩:在时程曲线上反映比较规则,缩径部位与缺陷呈先同相再反相,或仅现其同相反射信号,视严重程度,可能有多次反射,此类缺陷桩一般可见桩底信号

离析:由于离析部位得混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成缺陷波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,波速偏小,通常很难瞧到桩底反射。断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同时反射,反射幅值较高,衰减较慢,中部断裂反映为多次同相反射, 缺陷得反射波幅值较低,而深部断裂波形反映下,类就是摩擦桩桩底反射,但算得得波速明显高于正常桩得波速。

低应变反射波法信号识别方法

低应变反射波法信号识别方法从理论上讲，传感器越轻且越贴近桩顶面，测试信号也越接近桩面质点振动，测试效果越好。目前，传感器安装普遍采用粘贴方式。橡皮泥具有柔性大、污染小、衰减小、价格便宜等优点，将橡皮泥用作传感大器的黏合剂一般可取得较好的检测信号。如果桩同处理不平整、桩顶面未清洗干净或寒冷季节使用，传感器常会出现虚粘现象，导致检测信号失真，影响判识。因此，用橡皮泥作黏合剂时，如果出现首波明显加宽、信号波浪式振荡等异常现象，应首先考虑传感器粘贴不牢，需重新粘结牢后再做检测。图1 为同一根桩传感器虚粘和粘合牢固时的对比检测曲线。图1 传感器粘贴效果对比曲线由图1 可以看出，传感器粘合牢固，波形规则，桩底反射信号清晰；传感器粘合不良，可导致首波变宽，信号震荡明显加大，桩底反射信号没出现或不明显，大大降低了检测信号的判断效果。

桩身浅部缺陷是桩基工程中最常见的缺陷。从桩身轴力传递特性可知，该类缺陷位置浅，在工作荷载下最易发生材料破坏，并且对工程质量危害最大。同时，浅部缺陷造成波形畸变，并且这种畸变很容易使桩身其他部位产生缺陷屏蔽。桩顶至其以下2m 左右深度范围称为测试盲区。在测试盲区桩顶应力波传播复杂，信号干扰大。如果盲区内存在缺陷，由于激振脉冲有一定的宽度，则在脉冲宽度内，应力波遇到缺陷产生的上行反射波信号，将与能量较大的入射重叠在一起，从而给桩身浅部缺陷信号的判别增加难度。尽管测试盲区的桩身缺陷判别难度较大，但并不是无法判断，因为该类缺陷发生频率高、位置浅，易于通过开挖方式予以验证，所以可以通过不断的对比测试和开挖验证，来找出该类缺陷在曲线上的特征和变化规律，以指导该类缺陷的识别。实践表明，根据以下特征对桩身浅部缺陷特别是严重缺陷进行判别效果较好。完整桩波形，衰减规则，无缺陷反射波存在，桩底反射信号清晰（见图2（a））。如果波形特征表现为较宽的入射脉冲，或首波为非半正弦波或呈明显不对称半正弦波，波形在整体上呈现低频大振幅衰减振动，波形振荡延续时间长（见图2（a）），首波后反冲异常增大（见图2（c）），反冲后曲线明显在零线以上较长时间不归零或质点振动幅值异常增大（见图2（d）），则表明有浅部断桩或其他类型的严重浅

反射波法

三、地震反射波法 1、阐明有效波、干扰波的概念及其相对意义。在数据采集中，埋置于地面的检波器可接收到来自于地下多种波的扰动，其中只有可用于解决所提出的地质任务的波才称为有效波，所有妨碍有效波识别和追踪的其他波称为干扰波。由此可见，在反射纵波法勘探中，一般只有反射纵波是有效波，其他波属于干扰范畴，而在瑞雷面波法勘探中，除瑞雷面波外，均为干扰波。 2、画图表示怎样用综合平面图表示观测系统。它是目前生产中最常用的观测系统图示方法。它从分布在测线上的各激发点出发，向两侧作与测线成45角的直线坐标网，将测线上对应的接收排列投影到该45角的斜线上，并用颜色或加粗线标出对应线段。该线段在地面的投影对应覆盖的反射段。用综合平面图表示观测系统 5、什么叫最佳接收地段？反射波的最佳接收地段应怎样选取？在反射波法勘探中，为了有效地避开面波、声波、直达波、和折射波对有效反射波的干扰，可把接收地段选择在尽可能不受或少受各种干扰波影响的地段，这种最佳接收地段又称为最佳时窗。在反射波法勘探中，根据各种波在时空剖面上的视速度及到达时间差异选择尽可能避开面波、声波、直达波和折射波，而最大限度突出有效反射波的地段。 8、什么叫滤波？数字滤波处理的目的？一个原始信号通过某一“装置”后变为一个新信号的过程称为滤波。目的是消除干扰波。 10、请画图说明理想滤波器在频率域的特点及其分类？理想滤波器是有效波在其频率范围内完全无畸变地通过，干扰完全被压制掉。因此，要求其频率响应为： ???==01)()(f H f H 其它有效波频带内这意味着其相位响应特性为零，故理想滤波器一定是零相位滤波器，一定是非物理可实现的。当然，它也隐含着在有效波频带内不要有干扰，否则无法滤掉。理想滤波器的频率响应函数图形是一个矩形，像门一样，所以也称之为门式滤波器。 A 、理想低通滤波器其频率响应如图(a)所示，其数学模型为： ? ??=01)(f H L c c f f f f >< 图24 理想低通滤波器的频率与脉冲响应其中b 图横坐标应为t ，纵坐标应为)(t h L B 、理想带通滤波器一般情况下，记录中既有高频干扰，又有低频干扰，则需要设计带通滤波器，其数学表达式为：

低应变反射波法

洋洋味道洋洋味道号：学姓名：林必挺业：地质资源与地质工程专院系：地球科学与工程学院教授职称：袁宝远指导教师： 2016年6月 2016年4月基于桩基检测的低应变反射波法一、引言其作用在于将上部结构是建、构筑物重要的组成部分,桩基础属于隐蔽性工程,其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。荷载传递到桩周及下部较好地层中,因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质常常会出现各种各样的工程,条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等离析、缩径、夹泥、稍有不慎就容易造成诸如扩径、缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响如果能事先较为准确地判断出桩身缺严重者甚至使单桩丧失承载力。到桩基承载力,,排除事故隐患。因此,就可以及时采取补救措施,陷类型及严重程度、缺陷位置等 ,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。

高应变用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、目前,动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和具有操技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法,是目前桩基质量检测,作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点对于各检测方在桩基检测当中得到了广泛的应用。规范首推的桩身完整性检测方法,所示。1法的对比如表各检测方法的对比1表无损检测检测类型有损检测超声波透射低应变反射静载荷试钻芯检测高应变动测检测方法法波法法验法桩身结构完桩身结构完单桩承载力检测目的单桩承载桩身结构和桩身结构整性完整性整性力完整性不能检测桩不能解决桩多解性不能区分检测局限易斜钻，强度及沉降身外形畸变破坏模式性局部检测问题较高低较低一般高检测效率较低低高较高较高检测费用

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案第1题空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为答案:B 第2题低应变反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是，实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度答案:B 第3题低应变反射波法检测时，每个检测点有效信号数不宜少于个，通过叠加平均提高信噪比答案:C 第4题当桩进入硬夹层时，在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向答案:A 第5题

低应变反射波法检测中，桩身完整性类别分为类答案:D 第6题低应变反射波法所针对的检测对象，下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩答案:B 第7题对某一工地确定桩身波速平均值时，应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算答案:D 第8题低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间答案:B 第9题低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时，激振的能量和频率要求 A.能量小，频率低 B.能量大，频率高 C.能量小，频率高 D.能量大，频率低答案:C 第10题港口工程桩基动力检测规程中，“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述，应判为桩

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 2 2211121A 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 n n F +-=11 称为反射系数（7-7a ） n T +=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）。典型的完好桩的实测波形如图7-4。由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射

经典低应变反射波法的基本原理

一、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。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，当桩身存在明显的波阻抗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。桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ等决定:Z=ρCA 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。 ①当Z1=Z2时，表示桩截面均匀，无缺陷。 ②当Z1>Z2时，表示在相应位置存在截面缩小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Z1

低应变反射波法

洋洋味道洋洋味道姓名：林必挺院系：地球科学与工程学院指导教师：袁宝远 2016 年 4 月基于桩基检测的低应变反射波法学号：专业：地质资源与地质工程职称：教授 2016年6月一、引言桩基础属于隐蔽性工程, 是建、构筑物重要的组成部分, 其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中, 其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等, 常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩, 稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力, 严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等, 就可以及时采取补救措施, 排除事故隐患。因此

对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义, 是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。目前,用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、高应变动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法, 具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点, 是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法, 在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表 1 所示。表1 各检测方法的对比检测类型有损检测无损检测检测方法静载荷试钻芯检测高应变动测低应变反射超声波透射验法法波法法检测目的单桩承载桩身结构单桩承载力桩身结构完桩身结构完力完整性和桩身结构整性整性完整性检测局限不能区分易斜钻，不能解决桩多解性不能检测桩性破坏模式局部检测强度及沉降身外形畸变问题

低应变反射波法检测桩基完整性简介

桩基完整性检测 ----------低应变反射波法简介一、前言在桩基完整性动力检测诸方法中，由于低应变动力检测仪器设备轻便，成本低廉，现场检测速度快，覆盖面大，受到广大受检单位的欢迎。为了确保桩基工程的质量，我国相关部门先后编制了一系列规范规程，其中《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93-95）以及《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）的发布实施，使基桩低应变动力检测工作更加严格规范，也为检测报告的统一编写起到规范化的作用。二、低应变反射波法的原理低应变反射波是基桩工程质量检测普遍使用的一种有效方法，它以检测原理清晰，测试方法简便，成果较可靠，成本低，便于对桩基工程进行普查等特点在成桩质量检测中充分发挥作用。我国发布实施的现行动力检测规范中反射波法的适用范围中明确指出：该法可以检测桩身混凝土的结构完整性，推定缺陷类型及其桩身中的位置，也可对桩的混凝土强度等级作出估计。由此可见，它可为基桩工程的成桩质量的分类提供评判依据。 1、基本概念将桩视为一维弹性杆件，用力锤（或力棒）在桩头施加一小冲击扰动力F(t)，产生瞬时激振，激发一应力波沿桩身传播，然后利用速度检波器、速度或加速度传感器接收由初始信号和由桩身缺陷或桩底

产生的反射信号组合的时程曲线（或称为波形），最后分析者利用信号采集分析仪对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析，并结合有关地质资料和施工记录作出对桩的完整性的判断。 2、应力波基本概念应力波：当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。波阻抗：将桩当作一维杆件，其直径远小于长度的杆件，当遇到桩身阻抗Z= ρ·AC（ρ：密度；C：应力波速；A：桩横截面积）。变化界面时，要产生反射和透射。弹性波在桩身内传播遇到桩身阻抗界面时是垂直入射和反射的。假定桩界面上段的阻抗为Z1，下段的阻抗为Z2，且不考虑桩周土阻力的影响。根据桩在界面上位移和速度的连续条件，力与应力和位移的关系，可推导出在桩身阻抗变化处的反射系数Rf 关系式： Rf=（Z1-Z2）/（Z1+Z2）式中：Rf－反射系数； Z1、Z2－分别为桩身材料上、下界面的广义波阻抗； ρ、A、C－分别为桩身材料的质量密度、桩身截面积及应力波速。根据反射系数R f 的正、负来确定桩身阻抗的变化情况：当RF＞0 时，反射波与入射波同相位，表示桩身界面阻抗由大变小，如缩径、离析、断桩及桩底反射等；反之，Rf＜0 时，反射波与入射波反相位，表示桩身界面阻抗由小变大，如扩径、端承桩桩底反射情况。桩截面

低应变反射波法

低应变反射波法 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

地基与基础工程质量检测课程报告题目：基于桩基检测的低应变反射波法姓名：林必挺学号：院系：地球科学与工程学院专业：地质资源与地质工程指导教师：袁宝远职称：教授 2016年6月 2016年4月基于桩基检测的低应变反射波法一、引言桩基础属于隐蔽性工程,是建、构筑物重要的组成部分,其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中,其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等,常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力,严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等,就可以及时采取补救措施,排除事故隐患。因此,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义,是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。

程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法,具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点,是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法,在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表1所示。表1各检测方法的对比检测类型有损检测无损检测检测方法静载荷试验钻芯检测法高应变动测法低应变反射波法超声波透射法检测目的单桩承载力桩身结构完整性单桩承载力和桩身结构完整性桩身结构完整性桩身结构完整性检测局限性不能区分破坏模式易斜钻，局部检测不能解决桩强度及沉降问题多解性不能检测桩身外形畸变检测效率低较低一般高较高检测费用高较高较高低较低从上表可以看出，综合比较小低应变反射波法作为一种无损检测，可用于检测桩身结构的完整性。具有检测效率高，检测费用低的特点。二、低应变反射波法检测基本原理低应变反射波法又称锤击法,是以一维弹性杆应力波波动理论为理论基础的无损检测方法,适用于检测桩身完整性,判断桩身缺陷类型、位置及严重程度等,核对桩长,以及估计桩身混凝土强度等。反射波法基本原理可如下图表示在桩顶部位进行竖向激振,给桩一定的能量,产生一纵向弹性波,该波沿桩身向下传播,当传至桩身明显波阻抗有差异的界面,如扩缩径、严重离析、断桩、桩底等部位,将相应地产生反射波反射信号可通过桩顶的传感器拾取,并经放大、滤波、数据处理,我们可进而根据处理结果计算弹性波在桩身各部位的传播速度,据此可以达到检测的目的。图1低应变反射波检测原理根据应力波理论，有如下规律：

低应变反射波曲线分析

低应变反射波曲线分析文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

典型低应变反射波形曲线分析关键词：低应变发射波法完整桩缺陷桩近年来，随着高层建筑的发展，桩基作为主要承重部分，其质量的好坏倍受关注，桩基的无损检测也获得了广泛应用。低应变反射波法是在20世纪70年代发展起来的，它以方便快捷、成本低、方法可靠等优点应用于桩基的完整性检测。 1 原理反射波法源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播。在桩身明显存在波阻抗界面（如桩底、断桩或严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或扩颈）部位，将产生反身波。经接收、放大滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。当桩嵌于土体中，将受到桩周土的阻尼作用，桩的动力特性满足一维波动方程。其波动方程为式中c是弹性波纵波传播速度，它是由材料常数ρ和E所决定的常值： 2各种完整桩的波形灌注桩桩型一般分为两种：摩擦桩、嵌岩端承桩；其在低应变反射波法的图1 a为完整桩波形b为摩擦桩波形c为嵌岩端 ⑴当桩为摩擦桩时，桩身阻抗大于桩底持力层土层的阻抗，此时桩底反射波速度符号和入射波符合一致，桩底处反射波应力的速度的幅值低于入射波,随着桩底土质变软,(如桩底沉渣)桩底土的波阻抗变得更小,此时除桩底反射波速度符号和入射波符合一致外,反射波幅值也变大。当把桩底土波阻抗小到可以忽略时，则可有：下行的压力波变上行拉力波，入射波全反射，质点速度加倍。(由此说明桩底反射波的幅值变得更大，人们可以利用它定性确定端承桩的沉渣厚薄)。

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案第1题空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为 A.45？ B.90？ C.135？ D.180？答案:B 第2题低应变反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是，实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度答案:B 第3题低应变反射波法检测时，每个检测点有效信号数不宜少于个，通过叠加平均提高信噪比答案:C 第4题当桩进入硬夹层时，在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波

A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向答案:A 第5题低应变反射波法检测中，桩身完整性类别分为类答案:D 第6题低应变反射波法所针对的检测对象，下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩答案:B 第7题对某一工地确定桩身波速平均值时，应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算答案:D 第8题低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间

答案:B 第9题低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时，激振的能量和频率要求 A.能量小，频率低 B.能量大，频率高 C.能量小，频率高 D.能量大，频率低答案:C 第10题港口工程桩基动力检测规程中，“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述，应判为桩 A.Ⅰ类 B.Ⅱ类 C.Ⅲ类 D.Ⅳ类答案:B 第11题在距桩顶X的桩身某处桩周土存在硬夹层，其低应变反射波法实测曲线具有以下特征 A.在2X/C时刻会有同向反射波 B.在2X/C时刻会有反向反射波 C.在X/C时刻会有同向反射波 D.在X/C时刻会有反向反射波答案:B 第12题低应变反射波法检测时，采样时间间隔或采样频率应根据合理选择A.测点下桩长、桩径B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间C.测点

基桩低应变反射波法检测报告

（样式一，须另加专用封套）（这里提供两种样式，各单位具体执行时可以微调，但信息量只能增加，不得减少） ※※※※※※※※※※工程基桩低应变反射波法检测报告报告编号：※ 检测人员：（含上岗证号）报告编写：（含上岗证号）复核：（含上岗证号）（盖骑缝章）审核：（含上岗证号）批准人（职务）：（或技术负责人，各单位据质量管理手册自定）（技术资质专用章、CMA章等，分开或合一均可）检测单位名称（须与专用章名称统一） ※年※月※日

声明 1. 本报告涂改、错页、换页、漏页无效； 2. 检测单位名称与检测报告专用章名称不符者无效； 3. 本报告无我单位相关技术资格证书章无效； 4. 本报告无检测、审核、批准人（或技术负责人）签字无效； 5．未经书面同意不得复制或作为他用。 6．如对本检测报告有异议或需要说明之处，可在报告发出后15 天内向本检测单位书面提出,本单位将于5日内给予答复。检测单位：（加盖技术资质专用章、CMA章等，分开或合一均可）地址：邮编：电话：传真：监督电话：联系人：

（样式二）（这里提供两种样式，各单位具体执行时可以微调，但信息量只能增加，不得减少，正式报告中须去掉本规定格式中的注释红字）基桩低应变反射波法检测报告工程名称：工程地点：委托单位：（盖骑缝章）检测日期：※年※月※日报告编号：合同编号：（可缺省）（技术资质专用章、CMA章等，分开或合一均可）检测单位名称（须与专用章名称统一） ※年※月※日

※※※※※※※※※※※※工程基桩低应变反射波法检测报告检测人员：（含上岗证号）报告编写：（含上岗证号）复核：（含上岗证号）审核：（含上岗证号）批准人（含职务）：（或技术负责人，各单位据质量管理手册自定）声明： 1. 本报告涂改、错页、换页、漏页无效； 2. 检测单位名称与检测报告专用章名称不符者无效； 3. 本报告无我单位相关技术资格证书章无效； 4. 本报告无检测、审核、批准人（或技术负责人）签字无效； 5．未经书面同意不得复制或作为他用。 6．如对本检测报告有异议或需要说明之处，可在报告发出后15 天内向本检测单位书面提出,本单位将于5日内给予答复。检测单位：（加盖技术资质专用章、CMA章等，分开或合一均可）地址：邮编：电话：传真：监督电话：联系人：

典型低应变反射波形曲线分析

3　收稿日期:2008203213 文章编号:1001-7291(2008)03-0080-02 文献标识码:B 典型低应变反射波形曲线分析桂　甜,汪　勃 (江西省高等级公路管理局质量监督站,江西南昌 330000) 摘要:本文根据大量的工程实例,总结出了完整桩和缺陷桩的几种典型低应变波形反射形曲线,并对产生这些波形的原因进行了系统的分析。关键词:低应变发射波法;完整桩;缺陷桩近年来,随着高层建筑的发展,桩基作为主要承重部分,其质量的好坏倍受关注,桩基的无损检测也获得了广泛应用。低应变反射波法是在20世纪70年代发展起来的,他以方便快捷、成本低、方法可靠等优点应用于桩基的完整性检测。1　原　理反射波法源于应力波理论,基本原理是在桩顶进行竖向激振,弹性波沿着桩身向下传播。在桩身明显存在波阻抗界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩颈或扩颈)部位,将产生反身波。经接收、放大滤波和数据处理,可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。当桩嵌于土体中,将受到桩周土的阻尼作用,桩的动力特性满足一维波动方程。其波动方程为δ2u δx 2=1c 2?δ2u δt 2式中　c ———是弹性波纵波传播速度,他是由材料常数ρ和E 所决定的常值:C 2 =E / P 图1　a 为完整桩波形b 为摩擦桩波形c 为嵌岩端示意图 2　各种完整桩的波形灌注桩桩型一般分为两种:摩擦桩、嵌岩端承桩;其在低应变反射波法的。 (1)当桩为摩擦桩时,桩身阻抗大于桩底持力层土层的阻抗,此时桩底反射波速度符号和入射波符合一致,桩底处反射波应力的速度的幅值低于入射波,随着桩底土质变软,(如桩底沉渣)桩底土的波阻抗变得更小,此时除桩底反射波速度符号和入射波符合一致外,反射波幅值也变大。当把桩底土波阻抗小到可以忽略时,则可有:下行的压力波变上行拉力波,入射波全反射,质点速度加倍。(由此说明桩底反射波的幅值变得更大,人们可以利用它定性确定端承桩的沉渣厚薄)。 (2)当端承桩和嵌岩端承桩的桩底岩土波阻抗逐渐增大时,反射波的幅值变小,若桩底岩土波阻抗大于桩身波阻抗时,此时桩底反射波符合与入射波反向。(由此人们利用这一特征可以定性判断桩尖打入坚硬持力层的程度及深度)3　缺陷桩的波形曲线311　施工中造成的断桩波形图2　a 深部断桩波形b 中部断桩波形c 浅部断桩波形示意图 (1)深部断桩:近似于摩擦桩的沉渣桩桩底反射,有高幅值的桩间反射,反射波相位与初始入射波第3期(总第171期)华东公路No .3(Total No .171) 2008年6月20日EAST CH I N A H I GH WAY June 2008

低应变法检测桩身完整性

低应变反射波法目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，实测桩顶加速度或速度响应时域曲參。籍一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，这种方法称之为反射波法（或瞬态时域分析法）。传感器的安装方法：实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90度，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

桩传感器位迓

传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部，再把传感器放入桩顶部，松手后传感器不会移动和侧斜为佳。传感器安装地点，一点要平整。不然会影响采集效果，藕合可以用牙膏，黄油，口香糖，但不可用泥巴。敲击：敲击以力棒自由落体来敲击桩头，力棒落到桩头反弹后，立马抓住力棒。落距为5cm—5cm为佳。视桩的长度而定，桩稍长可稍加大落距。长桩用的锤头最好为橡胶头，短桩用铝合金头。波形分析完整桩:入射波与反射波同相

也有桩底反射和初始入射波先反相再同相的扩底桩下图为，某小区的住宅楼，长7.2米人工挖孔桩，设计砼强度为C25 V=3675,经检测桩底反射明显，底部扩底属完整桩缩径桩：在时程曲线上反映比较规则，缩径部位和缺陷呈先同相再反相，或仅现其同相反射信号，视严重程度，可能有多次反射，此类缺陷桩一般可见桩底信号

离析：由于离析部位的混凝土松散，对应力波能量吸收较大，形成缺陷波不规则，后续信号杂乱，而且频率较低，波速偏小，通常很难看到桩底反射。 WI 断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同时反射，反射幅值较高，衰减较慢，中部断裂反映为多次同相反射，缺陷的反射波幅值较低，而深部断裂波形反映下，类是摩擦桩桩底反射，但算得的波速明显高于正常桩的波速。

低应变反射波法

2016年6月 2016年4月基于桩基检测的低应变反射波法一、引言桩基础属于隐蔽性工程,是建、构筑物重要的组成部分,其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中,其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等,常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力,严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等,就可以及时采取补救措施,排除事故隐患。因此,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义,是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。目前,用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、高应变动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法,具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点,是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法,在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表1所示。表1各检测方法的对比检测类型有损检测无损检测检测方法静载荷试验钻芯检测法高应变动测法低应变反射波法超声波透射法

检测目的单桩承载力桩身结构完整性单桩承载力和桩身结构完整性桩身结构完整性桩身结构完整性检测局限性不能区分破坏模式易斜钻，局部检测不能解决桩强度及沉降问题多解性不能检测桩身外形畸变检测效率低较低一般高较高检测费用高较高较高低较低从上表可以看出，综合比较小低应变反射波法作为一种无损检测，可用于检测桩身结构的完整性。具有检测效率高，检测费用低的特点。二、低应变反射波法检测基本原理低应变反射波法又称锤击法,是以一维弹性杆应力波波动理论为理论基础的无损检测方法,适用于检测桩身完整性,判断桩身缺陷类型、位置及严重程度等,核对桩长,以及估计桩身混凝土强度等。反射波法基本原理可如下图表示在桩顶部位进行竖向激振,给桩一定的能量,产生一纵向弹性波,该波沿桩身向下传播,当传至桩身明显波阻抗有差异的界面,如扩缩径、严重离析、断桩、桩底等部位,将相应地产生反射波反射信号可通过桩顶的传感器拾取,并经放大、滤波、数据处理,我们可进而根据处理结果计算弹性波在桩身各部位的传播速度,据此可以达到检测的目的。