Экспериментальное и теоретическое исследование волновых движений в системе свая-грунт с целью усовершенствования акустического метода обследования свай

• Автор: Хмельницкий, Артем Юрьевич
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы обследования свай методами неразрушающего контроля

1.1. Задача диагностики свай и методы ее решения

1.1.1. Характеристика объекта исследований: фундаментные конструкции на основе свайных технологий

1.1.2. Поверхностный акустический метод

1.1.3. Скважинные акустические методы

1.1.4. Методы, основанные не на акустической природе возбуждаемого поля

1.2. Теоретические основы задачи обследования свай акустическим методом

1.2.1. Элементарная теория распространения продольных волн (предел тонкого стержня)
1.2.2. Приближенные теории распространения продольных упругих волн
1.2.3 Уравнения Похгаммера для продольных волн
1.3. Экспериментальные основы задачи обследования свай акустическим методом
1.3.1. Мерные стержни Гопкинсона и Девиса
1.3.2. Ультразвуковые измерения (резонансный метод)
1.3.3. Ультразвуковые измерения (метод распространения волн)
1.3.4. Натурные измерения
1.4. Постановка задачи
Глава 2. Лабораторные ультразвуковые измерения на моделях стержней
2.1. Аппаратурная база для экспериментов
2.2. Эксперимент №
2.3. Эксперимент №

2.4. Эксперимент №3
2.4.1. Моделирование различного соотношения радиуса стержня и спектрального состава колебаний
2.4.2. Отражение продольной стержневой волны от границ во вмещающей среде
2.5. Выводы
Глава 3. Натурные измерения на сваях, находящихся в грунте
3.1. Измерения на железобетонных сваях
3.2. Измерения на металлических сваях-трубах круглого сечения
3.3. Измерения на металлических двутавровых балках
3.4. Натурные измерения на сваях в случае невыполнения условия длинного стержня
3.5. Выводы
Глава 4. Методические рекомендации по применению многочастотной модификации метода SIT
4.1. Границы применимости модели длинного тонкого стержня
4.2. Методика применения многочастотной модификации метода S1T
4.2.1. Полевые измерения
4.2.2. Алгоритм обработки данных
4.2.3. Интерпретация данных при решении прикладных задач
4.2.4. Ошибки, возникающие при невыполнении условий низкочастотной асимптотики
Заключение
Список литературы
Введение
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 актуально для так называемых скрытых работ, поскольку доступ к объекту исследования практически закрыт, а его вскрытие может повлечь нежелательные последствия для работы всего сооружения.
Данная работа посвящена акустическому методу диагностики свай, в зарубежной литературе известному как SIT (Sonic Integrity Testing), PIT (Pile Integrity Testing) или PET (Pile Echo Testing). Он состоит в ударном возбуждении упругой волны акустического диапазона частот в обследуемой свае и регистрации эхо-сигналов. Следует различать два случая применения метода: 1) если известна стержневая скорость продольной волны, то можно определить длину сваи и 2) если известна длина сваи, то можно определить скорость и, следовательно, судить о прочностных характеристиках материала сваи.
Метод SIT основан на возбуждении в свае плоской волны и наблюдении отражений от дефектов, нарушений сплошности, участков изменения поперечного сечения и конца сваи. При этом предполагается, что большая часть энергии распространяющейся плоской волны сосредоточена внутри сваи (волноводное распространение) и влияние вмещающего грунта проявляется только в затухании амплитуды волны за счет сил трения [4, 31].
В процессе производственной деятельности и систематического изучения материалов, получаемых по методу SIT, стало ясно, что рассматривать сваю отдельно от вмещающего массива и пренебрегать его существованием некорректно. Например, было отмечено, что в ряде случаев характер отражений в наблюдаемом поле коррелируется с положением

Рис. 1.12. Групповая скорость продольной волны в цилиндрических стержнях
при у
1.3. Экспериментальные основы задачи обследования свай акустическим
методом
1.3.1. Мерные стержни Гопкинсона и Девиса 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 распространения