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1、武汉理工大学 硕士学位论文 桩基动测反演的小波分析与神经网络方法研究 姓名：牟粼琳 申请学位级别：硕士 专业：应用数学 指导教师：李卓球 20071101 摘簧 本文善先对斑力波爱鸯雪法溅撞基技术巾豹售号分辑蠼谂、判裂方法送行了探 讨和E 较；在动力有限元方法鹣基础上对应力波反射法浏桩基的过程遴行了数值 模拟；并结合信号处理中小波能分解技术和神经网络技术对模拟出的桩旗信号进 行缺麓类型识别。本文主要工佟鲤下： ( 1 ) 数篷模拟应力滚爱瓣法灏柱基豹僚号蠡线。采瘸动力有限露豹方法， 对脉冲荷载作用下应力波在溉凝土桩中的传播过程及反射特性进行数假模拟，得 到桩顶质点速度时程曲线，验证理论曲线与实
2、测曲线取得较好的一致，说明了模 垄戆粪实控。 ( 2 ) 对桩鏊模拟信号进行小波包特征德提取。采用小波分析技术对信号除 噪，对几种典型的缺陷桩动测信号进行小波包分解及特征值提取，实现了对基桩 缺陷的准确定位。 ( 3 ) 翻瑁章串经秘络检溺穰鸯缺陷类登。获基柱动测铸号三层夺波毽分解瓣 频域中提取特征，最后将这些特征输入人工神经网络进行训练和分类，进而实现 了爨现了基桩缺躺的准确判读。 零文磅宠蔽聚，瓣应夯渡爱掰法在对靛蘩捡测矮壤孛疲蔫提袋7 一定程度上 的指导意义，对该检测技术的发展起到一定的推动作用。麓者深信，经过研究不 断毙善的应力波反射法检测桩熬技术，可以篼综合直观地获得桩基结构内部缺陷
3、 的臻怠，将在有效检测帮提蒜混凝土结构工程质量方瑶蠢着良好的应熙接广蓠 景。 关键词：桩基，威力波，有限冗，小波分析，神经网络 A b s t r a c t I nt h i sp a p e r , t h et e c h n i c a la n a l y s i st h e o r ya n dd i s e r i m i n a n tm e t h o d so f t h es t r e s s w a v er e f l e c t i o nm e t h o di nm e a s u r i n gt h es i g n a lp i l eW e r ef
4、 i r s t l yd i s c u s s e da n d c o m p a r e d ；B a s e dO Ht h ed y n a m i cf i n i t ee l e m e n tm e t h o d , t h em e a s u r i n gp i l ep r o c e s so f t h es t r e s sw a v er e f l e c t i o nm e t h o dw a ss i m u l a t e d ：C o m b i n e dw i t ht h ew a v e l e tp a c k e t t e c
5、 h n o l o g yi nS i g n a lP r o c e s s i n ga n d l l a l r a ln e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ei d e n t i f i c a t i o no f d e f e c t st y p e so f p i l es i g n a lW a ss i m u l a t e d 髓i sp a p e rm a i n l yw o r k e da sf o l l o w s ： 1 ) N u m e r i c a ls i m u l a t i o no
6、f s i g n a le n r v eo f s t r e s sw a v er e f l e c t i o nm 醴h o di n m e a s u r m gp i l e W i t ht h ed y n a m i cf i n i t ee l e m e n tm e t h o d , t h es t r e s sw a v ep r o p a g a t i o n i nt h ec o n c r e t ep i l eu n d e rt h ep u l s el o a da n dr e f l e c t i o np r o p e
7、r t i e sW e l en u m e r i c a l l y s i m u l a t e d , a n dt h ep i l et o p - s p e e d 摊I V C Sw e r er e s u l t e d T b ec e r t i f i c a t i o no f t h e o r e t i c a l c u r v e sa n dm e a s u r e dc u r v e sa c h i e v i n gb e t t e f c l a r i f i e dt h ea u t h e n t i c i t yo f
8、t h em o d e l ( 2 ) T h ew a v e l e tp a c k e te i g e n v a l u ee x t r a c t i o no ns i m u l a t e ds i g n a lo f p i l e U s e d w a v e l e ta n a l y s i st e c h n o l o g yt od e a r w i t hs i g n a ln o i s e s , w i t ht h ew a v e l e tp a c k e t d y n a m i ct e s ts i g n a l ，e
9、 x t r a c t e de i g e n v a t u e so f t y p i c a ld e f e c t so f s e v e r a lp i l e s ，a n d r e a l i z e dt h ea c c u r a t ep o s i t i o no nd e f e c t so f p i l e s ( 3 ) T h eu o f n e u r a ln e t w o r kd e t e c t i n gd e f e c tt y p e so f p i l e s F e a t u r e sw e r e e x
10、t r a c t e df r o mt h et h r e e - l a y e rw a v e l e tp a c k e to nt h ef r e q u e n c yd o m a i no f m e a s u r i n g p i l e s , f i n a l l yt h ef e a t u r e sw e r et r a i n e da n dc l a s s i f i e du n d e rt h en e u r a ln e t w o r k , S Oa st o r e a l i z et h ea c c u r a t
11、ec e r t i f i c a t i o no f p i l ed e f e c t s I nt h i sp a p e r , r e s e a r c h e so nt h es t r e s sw a v er e f l e c t i o nm e t h o di nt h ef i e l do f d e t e c t i n gp i l 龉p r o v i d e dac e Y t a i nd e g r e eo f g u i d i n gs i g n i f i c a n c e , a n dp l a y e da r u l
12、ei n p r o m o t i n gd e v e l o p m e n to f d e t e c t i n gt e c h n o l o g i e s I 锄s t i l et h a ta f t e rc o n t i n u o u s i m p r o v e m e n to f t h es t r e s sw a v er e f l e c t i o nm e t h o da n dd e t e c t i n gp i l et e c h n o l o g y , w e c a l l 泌m o r ei n t e g r a t
13、 e di n t u i t i v et og e ti n f o r m a t i o no f i n t e r n a ld e f e c t so f p i l e s a n da l s o h a v eg o o dp r o s p e c t so f p r o m o t i o nO i lt h ee f f e c t i v ed e t e c t i o na n di m p r o v i n gt h e q u a l i t yo f c o n c r e t es t r u c t u r a le n g i n e e r
14、i n g K e yw o r d s ：P i l e ，S t r e s sw a v e ，F i n i t ed e m e n t ，W a v e l e ta n a l y s i s ，N e u r a ln e t w o r k 玎 独创性申明 零久声魏，绣黧交豹论文怒本人在导爨攒学下逶行豹磷究工终及取褥鳃骚变 成粜。尽我所知，除了文中特溺加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入 已缀发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教宵机构的 学饿或证书面馒孀过的材料。与我一同工作熬司志对本研究所撒的任何黉献均已 在论文中俸7 翡确秘说臻荠表琴7 谢意。
15、 签名： 弛期：掣 l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，霹戳采攥影印，绥窜鼓其毽复铡手羧傺存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 寻掰笈名：- = 查乌童彗目麓：j 学 哗 ，璃徐下、 一 武汉理工大学硕士学位论文 1 。1 研究鹜景 第1 章绪论 蘧羞我强国民经济豹迅速发震，爱程建设项疆曩蕊增多，芏程接瞧越来越警 及。由于工程桩的成孔是在桩位处的地面下戏水下完成的，施工工序多，质_ 黩控 裁赡发大，猿骞不馕易产生鞭接等黟重缺陷，桩身常怒麓
16、矮熬缺雅瓴捶：夹滋、 断裂、缩颈、扩颈、空洞、混凝土离折等，产生这些缺陷的原因，大致有：灌 注瀑凝土过程中，导警埋入漉凝土孛戆深度誉够，致使菠灌滋凝上麓，或鬟舞 导管速度过快，导致导管中翻水，造成两次灌注，使桩身形成夹泥的断裂界面。 魏中承头下降，对强壁的静水压力减小，撼致局部旄壁艨失稳坍落，造成混 凝士桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿，成桩后形成护颈。混凝土搅 搀不均匀，蠛运输路经太长、或导蛰漏水，滋凝受水冲泡等，使粗嚣拱集巾在 一起，造成檄身混凝土离析。这些缺陷将导致应力波在桩身中的传播过程与完整 桩不阔【1 1 。 桩基工糕属隐蔽工程，桩基质量的好坏赢接关系戮建筑的安全问题，而藏桩 基一旦发生攀放，加强处理越来难度较大。蹦此，桩基试验梭测就成了桩基工程 中的个重鼗环节。蜡前，国内外使粥较为普遍的桩罐检测技术主要有低应交应 力波反射法、声波透射法、静载试验法、高鹿变动力试桩法、动静法线拟动静力 法翻、钻芯法、机械阻抗法、自平衡法、水甑效应法、低应交变动内参数法、嵩 应变c a s e 法，频率一初速度法等。其中，应
