基于桩基的扭转波传播建模与分析研究

摘要

在桩基工程中，桩基础作为主要的基础形式被广泛应用。由于桩基础具有地下隐蔽的特点，目前广泛应用的桩基完整性检测方法为低应变法。低应变法以一维纵波理论为理论基础，具有操作简便、无损检测、检测效率高等特点。但一维纵波理论对工程实际中桩基础的相互作用过程描述还有不足。低应变检测方法存在检测盲区，对深部缺陷不敏感，纵波传播过程中也存在频散特性导致信号的接收和解释困难等问题也使得该方法的发展受到限制。纵波信号的反演分析过程也存在较大误差，反演的算法精度和稳定性能亟须改进，本文针对以上不足展开了以下几个方面的工作。
　　针对线弹性本构模型描述桩身缺陷方面的不足，本文结合扭转波传播的优势并通过理论推导，考虑桩土的相互作用，将分数阶本构模型应用到桩身，建立了基于分数阶本构模型的桩基扭转波传播模型。通过与经典的线弹性本构模型的仿真对比分析，得到了两个重要参数：粘弹比和分数阶数。仿真实验表明粘弹比对桩基信号衰减周期敏感可用于描述离析缺陷，而分数阶数对桩截面细微变化敏感，可用于描述桩身微小缺陷。本文还借助有限差分法求解扭转波动方程分析和讨论了不同缺陷类型下扭转波的传播特性。
　　针对工程上对桩基信号反演拟合精度不高，拟合算法收敛性能不强，拟合参数不够精确的特点，本文将有限差分法与本文提出的混合人工蜂群算法结合，得到了基于混合人工蜂群算法的桩基扭转波信号反演算法。仿真实验表明将该算法应用于桩基扭转信号的反演运算，充分挖掘反映桩身缺陷相关特性参数，取得了较理想的效果，有效提高了桩基缺陷探测拟合分析的精度和准确度以及智能和自动化水平。
　　针对桩土相互作用描述的建模问题以及模型的土层参数的识别问题，本文将土层受力模型考虑为非线性粘滞阻尼特性的双折线模型，将桩土视为扭转力矩激励的系统，建立了桩土模拟模型，并建立了该模型的参数识别模型，通过结合本文提出的混合人工蜂群算法，来完成这一识别过程，土层参数识别准确，该模拟模型量化了土层参数。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作及论文安排

第2章 桩基扭转波传播理论研究

2.1扭转波传播理论基础

2.2基于线粘弹性本构模型的桩基扭转波传播建模

2.3基于分数阶本构模型的桩基扭转波传播建模

2.4 仿真与对比分析

2.5 本章小结

第3章 基于有限差分法的桩基扭转波正演分析

3.1 有限差分法简介

3.2 扭转波动方程的有限差分数值解

3.3 扭转波传播的特性

3.4本章小结

第4章 基于混合人工蜂群算法的桩基反演分析

4.1 人工蜂群算法简介

4.2 混合人工蜂群算法

4.3桩基扭转波传播反演仿真分析

4.4本章小结

第5章 桩土模型模拟与参数识别方法

5.1 桩土识别模型

5.2 识别步骤

5.3 仿真与分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果

致谢