新的世纪,桩基动测技术应向高质量、规范化、标准化的方向发展。除了不断开发和改善动测分析的硬件设备外,更应不断完善软件分析和理论研究等。具体来说,应在以下几方面取得突破:
1、桩基动测理论
目前桩基动测的理论模型依然是波动理论和动力参数理论,随着人们对桩土作用机理研究的不断深入,以下三方面可能成为桩基振动理论研究的突破点:
（1）桩、土材料力学特性以及它们之间相互作用
模型的研究 桩土材料的本构关系及桩土界面相互作用的力学机理是桩基动测法的基本依据。大量的研究表明,因为现有的动测理论对桩周土模型考虑过于简单化,不能真实揭示桩与土的相互作用规律,得到的结论有局限性。实际上,桩周土阻力以及桩土之间的相对位移为非线性关系。如今,在混凝土材料和
土的本构关系方面已经取得较大发展,可以考虑在分析中引入一些先进的模型对桩基动测进行理论模拟,如土的(粘)弹塑性模型(剑桥模型、边界面模型、结构性模型、颗粒流模型等),可以考虑土的应变硬化、软化及结构性破坏的影响,这符合土的实际本构关系。在分析中可以把桩、界面和桩周土视为一个系统,采用有限元的方法分析,这比常规的一些分析模型有很大的进步。当然由于有限元方法比较复杂,分析计算成本较高,在实际推广应用中,可以首先考虑在一些大型的工程项目中应用。
（2）桩土作用阻尼特性的研究
由于桩埋置于岩土中,桩和岩土间的相互作用是桩基承载力得以发挥的重要因素;且桩与岩土系统的动力响应是大阻尼动力响应,而在波动方程中没有有效地考虑桩与岩土介质间的阻尼效应,这是波动理论的最大缺陷,由此造成测试结果的准确度不高。实际上桩与岩土组成的系统是一个多自由度、摩擦阻尼材料等组成的一个复杂系统。用等效粘性阻尼来模拟桩与岩土阻尼特性已不符合该系统的动力特性,用此阻尼特性来模拟描述桩土的动力响应已难以真正把握岩土体系的动力响应。因此,对桩土作用阻尼特性的研究已成为研究桩土系统动力响应理论模型的关键。
（3）桩周土成层特性和各向异性的振动研究
桩的振动问题的解析理论还很不成熟,很多问题有待于进一步的研究。其中一个很重要的方向就是发展合理考虑桩周土的成层特性和各向异性的振动理论,土的各向异性包括微观结构的变化引起的各向异性和由应力体系引起的各向异性,土的各向异性对土的强度影响较大,这一点对于高应变动测法尤为重要。
2、分析方法
国内外已有人开始将神经网络系统用于桩基动测,有些单位甚至已编制了相应的应用程序;也有单位将边界元、无限元、三维有限元,甚至边界层理论用于桩基动测之中,但是这种分析目前仍停留在分析探索状态,尚不能步入成熟应用阶段。
3、桩基动测结果的信号分析处理
信号分析包括两个内容:一是信号处理技术,二是信号分析结果的正确解释,两者密切相关。
(1)由于桩土系统的复杂性和外界噪声的影响,从而使有用信号难以直观把握,因此采用良好性能的信号分析技术,提取有用信号是最终正确判断桩身特性的基础之一。在经典谱分析中主要采用了FFT变换、倒频谱分析及希尔伯特变换。对于不同特性的信号,分别选用不同的分析技术,就会改变信号分析的难易。因此,进一步改善信号分析技术是桩基信号分析的重点研究方向。目前,人们已意识到经典谱分析技术难以完全适应信号分析的要求,从而提出了时序分析技术的应用问题。时序分析法系指现代的、非传统的时间序列方法。同传统的时序法不同,该方法不是直接利用观测数据来获得数据的统计特性,而是对观测数据拟合一个参数模型,再利用这个参数模型对观测数据及产生这一数据的系统进行分析、研究与处理。在目前普遍使用的仪器设备中,并没有时序分析技术的应用程序,有待进行研究开发。
(2)信号分析的另一个关键问题是结果的解释,这和采用的理论模型密切相关,不同的理论模型对相同的测试结果可能产生完全不同的解释。即使采用相同的理论,在不同的地质条件、不同的桩土系统下,相似信号分析结果的解释也不一致。问题主要存在于不完整桩上。这样使人们对桩基动测的结果产生怀疑,因此,如何智能化地解释动测桩信号是还没有解决的问题。对于仪器使用者而言,信号分析技术知之甚少,如何使使用者方便地使用和掌握动态测桩技术,分析时减少人工干扰,也是人们关心的一个问题。因此设计出智能化分析系统也是研究的一个课题。
4、建立专家系统
由于桩土系统复杂,特别是土性变异非常大,使人们不得不积累大量的土参数测试经验,才能较好的描述桩土系统,较准确地测出桩基质量。再好的测试和分析方法,如果不与现场桩土的实际情况和实际经验相结合,也很难得出正确的判断结果。桩土特性的描述、表达和利用必须采用专家系统的方法。在建立专家系统时应注意以下内容:
(1)在建立专家系统时应注意经验的积累不是一家或一个人的经验,而应集思广益,荟集并具体分析各家经验、多人经验,否则,那样的“专家系统”无论在理论上还是在工程应用中均是不完善的。在建立专家系统的过程中,也可以采用在INTERNET上开展论坛的形式,各抒己见,以利信息的共享和迅速传递。另外需强调的是专家系统的特殊性,不同地区的专家系统具有不同的知识和经验的积累。某一地区的专家系统,拿到另一地区去应用,应特别小心,否则专家系统的知识是无效的,对检测数据的解释是不正确的。
(2)由于专家系统的复杂性和特殊性,同一地
区应广泛搜集桩基静载试验的完整资料、地质分布情况及土的物理力学指标等资料。资料的完整性是专家系统好坏的先决条件,如果资料不完整,则专家系统就会有先天性的缺陷。因此,专家系统的适用条件应详细给出。
(3)由于桩土系统的复杂性,其系统工作的机制是非线性多参数共同作用,故参数的确定及表述具有一定的模式。不同条件具有不同的模式,多参数的非线性模式识别是不可缺少的,对此采用人工神经网络将是一个较好的办法。
5、提高动测人员素质,规范动测市场
桩基动测是土动力学、波动理论、振动理论、动态力学测试、数值分析、计算机、结构动力学、高等土力学、土力学与地基基础等学科交叉的一项技术,并且要与桩基工程实践密切结合。因此,对于每一个动测人员,仅掌握动测仪器的操作是远远不够的,必须具备较高的理论水平和丰富的实践经验。故未来的动测人员必须进行深层次的技术培训。为了确保动测法检测桩基的高质量,减少误判带来的不必要损失,动测检测者们一方面应增进学术交流,使广大工程技术人员就目前的理论和应用水平取得共识,另一方面要建立、健全动测技术标准、规程和严格的人员考核制度,规范动测市场,确保动测技术的发展步入健康、有序的轨道。
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