Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Экспериментальное и теоретическое исследование волновых движений в системе свая-грунт с целью усовершенствования акустического метода обследования свай : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 25.00.10

Год: 2013

Номер работы: 33323

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

В последние годы наблюдаются устойчивые темпы роста промышленного и гражданского строительства, особенно в крупных городах. Строительство часто ведется во все более сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Это способствует возникновению новых технологий производства работ и методов диагностики. Применение методов неразрушающего контроля позволяет оперативно получать информацию о различных характеристиках объекта без нарушения процесса его эксплуатации. Особенно это актуа

Методы, используемые для испытания свай, могут быть разделены на две группы: прямые и косвенные. К прямым методам относятся методы испытания свай статическими и динамическими нагрузками, позволяющими определять несущую способность свай по грунту и материалу сваи. Однако данными методами не удается проводить большой объем испытаний, поскольку они являются дорогостоящими и трудоемкими. Косвенные методы, напротив, имеют высокую производительность и низкую стоимость и позволяют обследовать большо

1.1.1. Характеристика объекта исследований: фундаментные конструкции на основе свайных технологий Сваи являются линейными конструкциями, погруженными в грунт в готовом виде или изготовленными в грунте и предназначенными для передачи давления сооружения на грунт основания. Существует достаточно большое количество различных способов устройства свай, и в связи с развитием строительных технологий их появляется все больше с каждым годом [38]. Для применения методов неразрушающего контроля сваи удо

Наиболее производительным и простым в применении является поверхностный акустический метод. Данный метод целесообразно применять в тех случаях, когда есть свободный доступ к оголовку сваи и необходимо провести оперативную диагностику достаточно большого количества свай. При этом сейсмоприемники устанавливаются на оголовок, и на нем производится возбуждение. При обследовании свай, установленных на акваториях, можно пользоваться гидрофонами и осуществлять прием колебаний в воде [9, 21]. В зару

Применение поверхностных акустических методов некорректно для свай, имеющих переменное сечение и неоднородные акустические свойства. В частности они неприменимы для свай, изготавливаемых методом струйной цементации (из-за непостоянства скорости распространения продольной волны вдоль сваи), свай, созданных по разрядно-импульсной технологии (изза непостоянства сечения), а также для других фундаментных конструкций, доступ к которым с поверхности закрыт. Для неразрушающего контроля подобных объек

1.1.4. Методы, основанные не на акустической природе возбуждаемого поля Электромагнитные методы Электромагнитные методы также могут быть использованы для решения целого ряда геотехнических задач [7, 39]. Особенности, отличающие их от других волновых методов, определяются, в основном, характером распространения электромагнитных волн в материальных средах. В соответствии с выбранной ранее классификацией георадарные методы могут быть разделены на поверхностные (возбуждение и регистрация электром

1.2. Теоретические основы задачи обследования свай акустическим методом Задачи о направленном распространении волн в упругих протяженных телах составляют предмет практических и теоретических исследований уже более 120 лет. Основополагающими являются работы Похгаммера [69], Рэлея [36] и Лэмба [63]. Впервые выполненный краткий вывод дисперсионного уравнения для изгибных волн в тонкой пластине со свободными краями содержит статья Лэмба [63]. Принципиальное значение имела небольшая статья Рэлея [

1.2.1. Элементарная теория распространения продольных волн (предел тонкого стержня) Элементарная физическая основа метода может быть построена с помощью одномерной волновой теории Сен-Венана [3]. Теория Сен-Венана предложена для длинных тонких стержней с учетом следующих допущений:

- соударение тел при возбуждении колебаний в стержне происходит в один и тот же момент времени по всей площади ударного торца;

- деформации в плоских сечениях стержня распределены равномерно, радиальные

1.2.2. Приближенные теории распространения продольных упругих волн В случае, когда условие тонкого стержня не выполняется, появляется необходимость учитывать действие эффекта Пуассона: продольные колебания стержня непременно будут сопровождаться поперечными (рис.

1.10). Учитывать данный эффект можно разными способами. Первый, рассмотренный в данном параграфе, основан на выводе волновых уравнений, учитывая энергию поперечного движения частиц стержня. Другой состоит в точном решении уравн

1.2.3 Уравнения Похгаммера для продольных волн Теоретически возможно решать любую задачу о колебаниях или о распространении напряжений в упругом теле, если к уравнениям движения присоединить соответствующие граничные условия [5]. Задача колебания цилиндра конечной длины (в случае, когда длина велика по сравнению с его диаметром) впервые была исследована на основе общих уравнений теории упругости Похгаммером [69] и независимо от него Кри [53, 54]. Рассмотрим основные результаты, полученные в д

1.3. Экспериментальные основы задачи обследования свай акустическим методом

Мерный стержень Гопкинсона. До развития электронной техники экспериментальное исследование упругих волн в твердых телах ограничивалось в значительной мере улавливанием сейсмических волн и исследованием колебаний слышимых частот в опытах по акустике. Гопкинсон был в числе первых исследователей распространения импульсов напряжения в лабораторных условиях. Его приспособление, известное под названием мерного стержня Гопкинсона (рис.

1.13), основано на применении элементарной теории распрост

Резонансный метод дает наиболее прямой метод проверки теории. Он состоит в настройке стержня с заданными свойствами в резонанс. Тогда фазовая скорость получается как произведение частоты и длины волны. Для заданного стержня можно наблюдать много положений резонанса, соответствующих фундаментальным частотам и ряду гармоник. Достаточно много лабораторных измерений этим методом было произведено разными исследователями. Для возбуждения цилиндров можно использовать различные способы. В работе [58]

Скорости распространения упругих волн зависят от упругих постоянных и плотности образца, так что динамические значения упругих постоянных можно определить по скорости распространения. Метод распространения волн обладает своими плюсами и минусами. Среди преимуществ можно выделить: во-первых, необходимая область частот может быть перекрыта на одном образце, во-вторых, в нерассеивающей среде метод позволяет достигнуть высокой степени точности. В работе [52] утверждается, что упругие постоянные м

На практике поверхностный акустический метод применяется уже более 40 лет. За это время рядом организаций России и зарубежья накопился обширный опыт обследования свай. В силу соображений коммерческой безопасности или каких-то иных причин [48] достаточно трудно увидеть материалы, получаемые различными организациями при испытании свай акустическим методом. Поэтому в данном параграфе приводится лишь несколько примеров из производственной деятельности сторонних организаций и обзор материалов, пол

В соответствии с имеющимися теоретическими и экспериментальными представлениями о характере распространения продольных волн в стержнях (рис.

1.17) в зависимости от соотношения таких параметров как радиус и длина стержня и спектральный состав колебаний выделяются области распространения волн со скоростями VpM или Vp„ и промежуточная область, названная в статье [37] областью нерегулярного возмущения. С точки зрения применения поверхностного акустического метода нас интересует область прос

В соответствии с теорией, изложенной в главе 1, возможные варианты соотношения спектрального состава колебаний и геометрических размеров свай можно разделить на два случая: выполнение и невыполнение условий длинного тонкого стержня. Теоретически условие тонкого стержня выполняется с хорошей точностью, когда отношение радиуса стержня к длине волны меньше 0,1. Тогда в стержне бежит практически плоская продольная волна, не испытывающая влияние вмещающего грунта (метод SIT). В противном случае кр

Исследование распространения упругих волн в стержнях проводилось ультразвуковым импульсным методом [2]. Для возбуждения и регистрации колебаний использовался ультразвуковой дефектоскоп УК-10ПМС с ударным возбуждением. В качестве приемников - пьезоэлектрические датчики поршневого типа и пьезоэлектрический сферический датчик. Перед тем, как перейти к экспериментам, остановимся подробнее на описании характеристик оборудования. Источники колебаний. В качестве источников колебаний применялись пьез

Цель данного опыта состояла в оценке возможностей аппаратуры и модели при изучении волновых полей на модели сваи, находящейся во вмещающей среде. Эксперимент был поставлен по схеме, изображенной на рис.

2.2 Прием колебаний производился сферическим датчиком давления, расположенным в воде. В качестве сосуда использована тонкостенная пластиковая емкость, практически не вносящая искажений в регистрируемое поле. Стержень не имел акустического контакта с емкостью. Это достигалось путем закреп

2 При использовании сферического датчика, расположенного в воде, есть возможность регистрировать колебания с частотой до 400-450 кГц. С учетом свойств имеющихся в распоряжении автора металлических и эбонитовых стержней максимальное отношение радиуса стержня к длине волны ограничено значением 0,15-0,2. Поэтому цель следующего эксперимента состояла в оценке возможности проведения измерений, используя в качестве приемника высокочастотные датчики поршневого типа. На рис.

2.7 изображена схем

Целью данного эксперимента являлось исследование эффектов, связанных с невыполнением условий тонкого стержня. На примере ультразвуковых измерений на эбонитовых и металлических стержнях будет показано, что в случае, когда условия тонкого стержня не выполняются, продольная стержневая волна взаимодействует с вмещающей средой. Это взаимодействие проявляется в излучении энергии продольной волны во вмещающую среду и образованием отраженных волн от границ во вмещающей среде. Для достижения поставлен

Проведение подобных исследований можно осуществлять двумя способами. Первый способ заключается в изменении спектрального состава возбуждаемых колебаний при неизменном диаметре стержня. Другой способ состоит в изменении диаметра стержней при неизменном спектральном составе возбуждаемых колебаний. В описываемом эксперименте применен второй способ. Для наблюдения за излучением стержнем энергии продольной волны был поставлен следующий эксперимент. Взяты два стержня из эбонита с параметрами, приве

2.4.2. Отражение продольной стержневой волны от границ во вмещающей среде Расширение круга задач, возникающих в связи с изучением вмещающей сваю среды, связано с возможностью обнаружить и идентифицировать отражения, пришедшие от геологических границ и неоднородностей вмещающей среды. Поэтому целью следующего эксперимента было наблюдение на модельном стержне волны, отраженной от контрастной границы. Данной границей является граница вода-воздух. Схема измерений такая же, как и в предыдущем опыт

По результатам проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы. 1. Принципы распространения продольных ультразвуковых волн в металлических и эбонитовых стержнях соответствуют теории распространения продольной деформации в линейно-упругом стержне, описанной в главе 1. Поэтому ультразвуковые измерения на модельных стержнях можно применять для исследования явлений, наблюдаемых на реальных сваях, сохраняя при этом соотношение спектрального состава колебаний и геометрических размеров стер

Автором и его коллегами были проведены многочисленные натурные измерения на реальных сваях\ Основной целью исследований было изучение записей акустических колебаний свай с позиции управления полем для оценки возможности разделения эффектов, связанных с распространением плоской волны (сама свая) и связанных с влиянием вмещающего грунта, и выявление границ применимости модели длинного тонкого стержня. В практике геотехнических изысканий, как правило, встречаются следующие виды свай: железобетон

Чаще всего на практике приходится иметь дело с железобетонными сваями. Сейсмоакустический метод позволяет оперативно получить информацию о длине сваи, крупных дефектах и при выполнении соответствующих условий решить ряд других задач. Про измерения на железобетонных сваях написано достаточно много, в том числе в работах [18,20]. Поэтому приведем здесь один пример, рассмотрев его с позиции управления акустическим полем (рис.

3.1). Сечение сзаи 4-2 \ [ I 1 s г \ ". ..

-•&q

Рассмотрим примеры измерений, полученных на стальных сваях с заранее известными характеристиками. Исследуемые сваи представляют собой стальные трубы различной длины диаметром 219 или 325 мм с толщиной стенки 10 мм. По технологии свая, нижний конец которой закрыт специальным башмаком, должна быть заполнена песчано-цементной смесью. Однако на практике случается так, что внутреннее пространство сваи заполнено не полностью (рис.

3.2). На оголовке свай по всей окружности приварена стальная п

Очень полезное применение методика разночастотного возбуждения находит в случае, когда нет данных о стержневой скорости продольной волны в свае, но в то же время есть контрастная граница во вмещающем грунте, расстояние до которой известно (рис.

3.8). Тогда, используя высокочастотный источник, можно попытаться определить эту границу на акустической записи и рассчитать скорость. Далее, имея оценку скорости продольной волны, определить длину конструкции по записи низкочастотного источника.

3.4. Натурные измерения на сваях в случае невыполнения условия длинного стержня Напомним, что в соответствии с теоретическими представлениями условия длинного стержня формулируются следующим образом: L/a > 10 и L/A > 5, где а - радиус стержня, L - длина стержня, А - длина волны. В практике инженерных изысканий довольно часто встречается ситуация, когда условие длинного стержня (длина стержня больше длины волны в 5 раз) не выполняется. Тогда могут возникнуть трудности с 85 интерпретацией

1. Разночастотное возбуждение позволяет управлять акустическим полем, выполняя или не выполняя условия тонкого стержня. Это, в свою очередь, дает возможность изучать только саму сваю или дополнительно вмещающую среду. 2. Чтобы различить отражения, связанные с самой сваей и с вмещающим грунтом, при каждом измерении необходим контроль спектра колебаний, поскольку выполнение или невыполнение условий тонкого стержня зависит от того, колебания с каким частотным составом удалось возбудить в данном

В данной главе анализируются результаты теоретических исследований, а также лабораторных и натурных измерений, с целью определения границ применимости модели длинного тонкого стержня и составления методических рекомендаций по применению многочастотной модификации метода SIT. Рассматриваются вопросы получения качественных полевых материалов, алгоритм компьютерной обработки и подход к интерпретации данных с позиций управления акустическим полем. Примеры, представленные в данной главе, получены

При работе на реальных сваях не всегда понятно, удалось ли выполнить условия длинного тонкого стержня. Это может привести к серьезным ошибкам при интерпретации данных. Поэтому задача определения границ применимости модели длинного тонкого стержня является очень важной. Напомним, что условия длинного тонкого стержня формулируются следующим образом: 1. Длина волны много больше радиуса сваи (условие тонкого стержня). 2. Радиус сваи много меньше длины сваи (условие длинного стержня по соотношению

4.2. Методика применения многочастотной модификации метода SIT Подведем итог рассмотрению вопросов, связанных с распространением колебаний в системе свая-грунт, сформулировав методические указания по применению многочастотной модификации метода SIT. Рассмотрим процесс диагностики сваи, разобрав его в следующем порядке: полевые измерения, алгоритм обработки данных и интерпретация данных на примере решения различных задач.

Получение материалов, пригодных для дальнейшей обработки и интерпретации, является главной целью полевых работ. Если изначально получены некачественные полевые материалы, то никакие программы обработки и интерпретации не помогут извлечь достоверную информацию о характеристиках сваи. Минимальный комплект измерительной аппаратуры включает в себя высокочастотную двухканальную сейсмостанцию (например, ИДС-1 производства ООО «Логис»), два сейсмоприемника, набор молотков. Наблюдения производятся в

Для обработки и интерпретации данных сейсмоакустики автором было написано специальное программное обеспечение Pile-MASTER. Программа принята ООО «Геотех» для включения в комплект поставки сейсмостанции ИДС-1. Процесс обработки и интерпретации данных будет рассмотрен с помощью этой программы на примере данных, полученных прибором ИДС-1. В программе предусмотрены следующие возможности: 1. Сбор сейсмотрасс, полученных при серии ударов в одну сейсмограмму для удобства визуализации и улучшения кач

Определение длины сваи. Задача определения длины сваи решается по записи удара резиновым молотком (рис.

4.15). В случае выполнения условий длинного тонкого стержня на записи наблюдается только прямой сигнал и сигнал, отраженный от конца сваи. Для определения длины сваи необходимо знать стержневую скорость в материале. В приведенном примере скорость равна 4100 м/с. Скорость может быть получена путем ультразвуковых измерений или наблюдений на эталонных сваях с известной длиной. Также, в с

4.2.4. Ошибки, возникающие при невыполнении условий низкочастотной асимптотики Ошибки, возникающие при невыполнении условий длинного тонкого стержня можно разделить на два типа: ошибки при определении стержневой скорости и ошибки интерпретации. Ошибки при определении стержневой скорости. Для выяснения порядка возможной ошибки рассмотрим стандартную железобетонную забивную сваю длиной 12 м. Примем, что стержневая скорость продольной волны равна 3900 м/с. На рис.

4.23 представлена дисперс