武汉低应变PRT使用说明书

RSM低应变仪使用手册--1第一章主要功能及指标1.1.主要功能当您使用RSM—PRT低应变仪时，必需了解该设备具有下述功能：注：（适用于基桩低应变动力检测规程JGJ/T93-95，其它部、委、省、自治区的行业规范或者规程）图1-1-1系统结构示意图1.2.仪器图片确认取消菜单上、下、左、右充电指示电源开关速度计加速度计转换开关上位机通讯串口接传感器背带环电源插口（正面）电缆传感器（上侧面）（右侧面）RSM低应变仪使用手册--21.3.现场采集示意图及照片1.4.联机通讯上传数据RSM低应变仪使用手册--31.5.功能菜单（操作及显示）主菜单二级菜单显示及使用位置（面）设置设桩长预设桩长（m）□□□·□23设波速预设波速（m/s）□□□□23传感器速度计/加速度计、电压型/电荷型低通10Hz……12K可选24放大指数放大系数□□积分不积分/积分加系数加速度计传感器系数速系数速度计传感器系数删工地输入工地名□□□□24设工地输入工地名□□□□24单采等待采样请落锤，按C键退出25连采等待采样请落锤，按C键退出25保存OK保存文件名□□□□25叠加等待采样请落锤，按C键退出25分析定桩头移动光标，确定桩头位置26定缺陷移动光标，确定缺陷位置26定桩底移动光标，确定桩底位置26定桩长预设桩长(m)□□□·□26定波速预设波速（m/s）□□□□27反向实测波形反相显示27放大指数放大系数□□27滤波低通滤波截止频率（Hz）□□□□27缩放512点或1024点显示27RSM低应变仪使用手册--4刷新更新当前显示波形27读入OK读入文件名□□□□24反相OK实测波形反相显示27缩放OK512点/1024点显示28联机OK正在联机，按C键退出271.6.主要指标（1）●触发通道：单通道（速度、加速度可选）●瞬时浮点：24位A/D●采样间隔：10～65536μs（步距1μs）●采样长度：1K●浮点模拟放大器：●电荷放大器：输入信号带宽10Hz-4KHz●标定误差及线性误差：±2%●灵敏度：0.1mv/pc（2）外型美观、低功耗国产精加工注模直流供电：+12v工作时间：8小时（锂电）重量：2.5kg体积：220×145×90（mm）可直接与Windows界面相配合操作（3）工控机：PC104电子硬盘容量：建议存1800个文件RSM低应变仪使用手册--5第二章硬件及连线安装2.1.硬件RSM-PRT低应变仪是在RSM—24FD工程动测仪设计的基础上采用新器件、新技术、并对原电路进一步优化集成的一种全新的轻便、便携的采集系统，并具有向上的兼容性。图2-1-1仪器硬件组成2.2.连线安装图2-2-2仪器正面示意图图2-2-3仪器后侧示意图2.3.充电示意（绿灯亮需再充4小时以上）图2-2-4充电示意图RSM低应变仪使用手册--6第三章测试原理3.1.方法简述小扰动应力波反射法的现场测试工作（如图3-1-1）所示。利用手锤（或力棒）在桩头施加一小冲击扰动力F(t)，激发一应力波沿桩身传播，然后利用速度检波器或加速度传感器接收由初始信号和自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。图3-1-1小扰动应力波反射法示意图3.2.基本理论依据与典型波形3.2.1.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、截面面积分析用ρ，C，A表示，则令CAZ（3-2-1）并称为广义波阻抗。当桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分析用ρ，C，A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。其比值可表示为22211121ACACZZn（3-2-2）并称为广义波阻抗比。RSM低应变仪使用手册--73.2.2.应力波在阻抗界面处的反射与透射设一维平面应力波沿桩身传播，致达一与传播方向垂直的波阻抗界面（如图3-2-1所示）。图3-2-1应力波的反射与透射根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有TRIUUU（3-2-3）TRIAA21（3-2-4）式中，U，σ分别表示应力波的速度和应力，下标I，R，T分别表示入射波、反射波和透射波。由波阵面动量守恒条件，由式（3-2-4）得TRIUCUUAC2211（3-2-5）联立式（3-2-3）、（3-2-5），求解可得IRFUU(3-2-6a)ITnTUU(3-2-6b)其中nnF11称为反射系数(3-2-7a)nT12称为透射系数(3-2-7b)式（3-2-6）就是小扰动应力波反射法中利用的反射波与入射波的速度量的相位关系来作分析的重要关系式。3.2.3.桩身不同情况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系（1）桩身完好此时，存在唯一Z界面，x-t曲线（如图3-2-2所示）。因为22211ACACA，RSM低应变仪使用手册--8所以121ZZn，代入式（3-2-7）得0F，（T恒0）图3-2-2桩身完好图3-2-3完好桩实测波形由式（3-2-6）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，则为同相。一个典型的完好桩的实测波形（如图3-2-3所示）。由（图3-2-2）、（图3-2-3）分析可得一次反射时间t、纵波波速C、桩长三者之间的关系为tLC2（3-2-8）式（3-2-8）即为该方法中判断桩长或求解波速的简单关系式。在式（3-2-8）的应用上，应已知C或L之中的一个，当二者未知时，有无穷个解，因此实用中常常利用统计的方法或其他实验的方法来假定C或根据施工记录来假定L，以达到近似求解的目的。（2）桩身截面积变化。(a)L1处桩截面减小。如图3-2-4所示，可知在L1处有12121AAZZn可得F0。可得结论：截面积减小处，VR与VI同号，而VT恒与VI同号。典型的实例V(t)波形（如图3-2-5所示）。若C可以假定已知，则桩长：221CtL1121CtLRSM低应变仪使用手册--9图3-2-4截面减小图3-2-5V(t)波形(b)L1处截面增大。（如图3-2-6所示），可知在L1处12121AAZZn0F可得结论：截面积增大处，VR与VI反号，VT恒与VI同号。典型V(t)实测波形（如图3-2-7所示）为221CtL1121CtL（3）桩身发生断裂(a)（如图3-2-8所示），桩身在L1处完全断开。Z2相当于空气的波阻抗，有Z2→0，D可得21ZZn由式（3-2-7）得F=-1，T=0图3-2-6截面增大图3-2-7V(t)波形RSM低应变仪使用手册--10代入式（3-2-6a），（3-2-6b）可得IRVV，0TV即应力波在断开处发生发射，由于透射波为零，故应力波公在上部仅在上部多次反射而到不了桩底。典型实测V(t)曲线（如图3-2-9所示）。11211212121iittCttCCtL(b)（如图3-2-10所示），桩身在L1处局部断裂（裂纹）。典型V(t)典型（如图3-2-11）。L1处反射信号与L处（桩底）反向信号的强弱，随着裂纹的严重程度而不同。（4）桩身缩颈、夹泥、离析。三种情况示意图[见图3-2-12(a.b.c)]。(a)缩颈情况：121211AAZZn，01F，VR与VI同号，VT与VI同号。112122AAZZn，01F，VR与VI反号。图3-2-8桩身断开图3-2-9多次反射，不见桩底信号(b)夹泥情况：12211211CCZZn，111222CCn，111222CCnRSM低应变仪使用手册--11图3-2-10裂纹图3-2-11V(t)波形(c)离析情况：121nn.以上三种情况VR与VI，VT与VI的关系相似，理想的实测曲线（如图3-2-13所示）。图3-2-12缩颈、夹泥、离析桩长：321CtL缺陷位置：1121CtL缺陷范围：1221ttL图3-2-13RSM低应变仪使用手册--12实际中，由于L2处反射信号返回桩顶时又经过L1处的反射与透射，故能量度较L1处的一次反射弱，一般较难分辩。当缺陷严重时，桩底反射信号也较弱。另外，以上三种缺陷的波形较相似：(a)根据地质报告和施工记录以及桩型区分。(b)根据波形的光滑与毛糙情况区分。（5）桩底嵌岩或坚硬持力层。（如图3-2-14所示）。典型曲线（如图3-2-15所示）。（6）桩底嵌岩或坚硬持力层。（如图3-2-16所示）。图3-2-14桩底扩大头图3-2-15V(t)波形图3-2-16(a)21ZZ，121ZZn，0F，VR与VI反号。此时桩底反射与初始信号反向，（如图3-2-17）。(b)21ZZ，1n，F=0，VR为零，此时桩底不产生反射信号，（如图3-2-17(b)RSM低应变仪使用手册--13所示）。图3-2-17桩底嵌岩或坚硬持力层3.3.弹性波在传播过程中的衰减弹性波在混凝土介质内传播的过程中，其峰值不断衰减，引起弹性波峰值衰减的原因很多，主要是：（1）几何扩散波阵面在混凝土中不论以什么形式（球面波、柱面波或平面波）传播，均将随距离增加而逐渐扩大，单位面积上的能量则愈来愈小。若不考虑波在介质中的能量损耗，由波动理论可知：在距振源的近区内，球面波位移、速度与21R成正比变化，而应变、径向应力则与31R成正比；柱面波位移、速度R1成正比，而应变、径向应力则与21R成正比。在远区（Rr43）时，球面波波阵面处径向应力、质点速度与R1成正比，而柱面波相应量随r1而衰减。（2）吸收衰减由于固体材料的粘滞性及颗粒之间的摩擦以及弥散效应等，使振动的能量化为其它能量，导致弹性波能量衰减。（3）桩的完整性影响由于桩身含有程度不等和大小不一的缺陷:裂隙、空洞、夹层等，造成物性上的不连续、不均一性，导致波能量更大的衰减。RSM低应变仪使用手册--143.4.混凝土的强度及其弹性波速混凝土是由水泥、砂、碎石组成。不同的原材料、配合比、制作工艺、养护条件、龄期和混凝土的含水率，其强度和弹性波速均不一样，影响的主要因素有：3.4.1.原材料的影响水泥浆硬化体的弹性波速较低，一般在4km/s下；常用的砂、碎石弹性波速较高，通常都在5km/s以上。混凝土是水泥浆胶结砂和碎石而成，因此它的强度和弹性波速，实际上是组成混凝土的碎石、砂、水泥浆硬化体的强度及弹性波速的综合值，而普通混凝土的强度一般在10～40MPa，弹性波速在4～5km/s。低标号、早龄期的混凝土，也有在10MPa与4km/s以下的；高标号、含坚硬碎石较多的混凝土的强度和弹性波速也有超过40MPa与6km/s的。3.4.2.石子的岩石种类、粒径、用量的影响不同岩石的石子其弹性波速是不同的，即使石子粒径、级配、用量都一样，其混凝土弹性波速也会不同，可相差20%，如陕西省建筑科学研究所就报道过这方面的试验结果（图3-2-18）。图3-2-18不同品种石子的pcV图3-2-19不同石子粒的混凝土的pcV曲线1.石英砂岩碎石；2.石灰岩碎石1.5～15mm；2.5～30mm3.花岗岩碎石；4.石英岩碎石3.5～40mm；4.25～40mm在石子的岩石品种用量相同情况下，粒径大的混凝土其弹性波速比粒径小的混凝土弹性波速高。某大学曾做过这方面的试验（图3-2-19）。在石子的岩石品种、粒径相同的情况下，单位体积凝土中的石子用量越多，其弹性波速也越高。RSM低应变仪使用手册--153.4.3.养护方式的影响不同养护方式，pcV曲线也明显不同，如南京水利科学研究院的试验结果（图3-2-20）。室内试验结果表明，混凝土强度和弹性波速有较好的相关性。用最小一乘法整理试数据，获得混凝强度c与弹性波速（V）的相关关系为Vce49.018.49869.0,30rn（3-2-9）式中，c为混凝土准抗压强度(MPa)，V为混凝土的纵波波速(km/s)。图3-2-20不同养扩条件下的pcV曲线1.自然养护；