路基壓實(shí)度的瞬態(tài)瑞雷波檢測(cè)法

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1、2003年10月河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)October2003V61.32文童編號(hào):1007-2373(2003)05-0027-04路基壓實(shí)度的瞬態(tài)瑞雷波檢測(cè)法李青山’，張獻(xiàn)民’，李紅英’(1.河北工業(yè)大學(xué)士木工程學(xué)院，天津300132;2石家莊市路橋投資管理中心，河北石家莊，050081)摘要:討論了運(yùn)用瞬態(tài)瑞雷面波進(jìn)行路基壓實(shí)度檢測(cè)的墓本技術(shù)原理，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，建立了瑞雷波速與壓實(shí)度之間的關(guān)系模型，與常規(guī)檢測(cè)方法比較表明，兩者一致性較好，工程應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明所得頻散曲線很好的反映了路塞的壓實(shí)情況.關(guān)鍵詞:瑞雷波;壓實(shí)度;關(guān)系模型;頻散曲線中圖分類(lèi)號(hào):TU198.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0前言在公路施工中

2、，路基的壓實(shí)度是土方路基施工中質(zhì)量控制的主要指標(biāo)之一，堅(jiān)固、穩(wěn)定的路基是保證路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的先決條件.壓實(shí)度即現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)得的土基干密度P與室內(nèi)求得的最大干密度P。之比，用K表示K=會(huì)·100%(，，壓實(shí)度的傳統(tǒng)檢測(cè)方法是環(huán)刀法或灌砂法，根據(jù)規(guī)程隨機(jī)取點(diǎn)，再進(jìn)行室內(nèi)分析處理.然而，這種常規(guī)方法存在一定的局限性:首先，檢測(cè)點(diǎn)是按一定距離隨機(jī)選取的，因而檢測(cè)結(jié)果往往缺乏代表性;同時(shí)由于檢測(cè)點(diǎn)的密度稀，有些局部壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的不良路段很容易漏檢，給以后的公路施工及使用埋下了隱患;另外，常規(guī)的檢測(cè)方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、速度慢，并且對(duì)路基造成破損，用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，一個(gè)測(cè)點(diǎn)至少要30min以上才能完成

3、.隨著我國(guó)公路事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)路基壓實(shí)度的傳統(tǒng)檢測(cè)方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今的需要，研究新型路面無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)手段具有重要的意義.瑞雷面波測(cè)試技術(shù)是一種無(wú)破損、高速快捷的檢測(cè)新技術(shù)，可較好的完成對(duì)路基壓實(shí)度的快速檢測(cè).瞬態(tài)瑞雷波檢測(cè)的基本技術(shù)原理利用瑞雷波法測(cè)試路基的壓實(shí)度，主要利用其兩種特性.一是在分層介質(zhì)中瑞雷波速度的頗散特性;二是瑞雷波傳播速度與介質(zhì)密度的相關(guān)性.前者可根據(jù)實(shí)測(cè)頻散曲線劃分層位，并計(jì)算出各層的速度值.后者則是用已求得的各層瑞雷波速度值，與密度值的相關(guān)關(guān)系計(jì)算各層的壓實(shí)度.對(duì)于均勻的彈性半空間分層介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)表面受到瞬態(tài)沖擊作用時(shí)，將產(chǎn)生瞬態(tài)振動(dòng)，振動(dòng)組分中包括縱波、橫

4、波和瑞雷波.在一次沖擊產(chǎn)生的波能中，瑞雷波占67%，即從一個(gè)振源向一個(gè)半無(wú)限介質(zhì)表面輻射的總能量的尋形成瑞雷型表面波，而縱波和橫波只占有少量能量.設(shè)簡(jiǎn)諧激振力頻率為f，傳播速度為，則波長(zhǎng)“一-fv·理論研究表明，在瑞雷波傳播過(guò)程中，收稿日期:2002-12-17作者簡(jiǎn)介:李青山(1977-)，男(漢族)，碩士牛萬(wàn)方數(shù)據(jù)河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2003年第5期其能量大部分約集中在AR深度范圍內(nèi).改變簡(jiǎn)諧激振力的頻率f，也就改變了瑞雷波的波長(zhǎng)和穿透深度.這樣，簡(jiǎn)諧激振力的頻率由高向低變化，分別測(cè)試出各個(gè)頻率的瑞雷波傳播速度，就實(shí)現(xiàn)了由淺向深的探測(cè)，進(jìn)而進(jìn)行層位劃分和計(jì)算各層的VR值.介質(zhì)的含水量對(duì)縱波

5、速度V的影響較大，而水并不傳遞剪切波，在彈性理論中，介質(zhì)密度P與橫波速度V的關(guān)系如下:。一P(2)式中:Vs為剪切波速度(m/s);G為剪切模量(MPa)P為密度(kg/m').瑞雷波的傳播速度VR與路面各分層介質(zhì)的剪切波速V有近似關(guān)系，即:V=旦.82士)JZu-v(3)1+pP為地層的泊松比.第4系的地層的泊松比為0.4-0.49，因此對(duì)于路基常用土體，可以認(rèn)為瑞雷波的速度與剪切波速相等，誤差只有5%左右.2瑞雷波速與壓實(shí)度關(guān)系模型的建立鑒于瑞雷波的頻散特性，可以建立瑞雷波速與土介質(zhì)密度的關(guān)系模型，分別對(duì)高液限粘土、低液限粉土、粉質(zhì)粘土進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)各種土樣按不同的壓實(shí)度用靜壓法進(jìn)

6、行了試件成型，測(cè)得每組試件的剪切波速.通過(guò)測(cè)量結(jié)果，對(duì)兩者之間的關(guān)系模型，可以采用下面4種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行回歸分析.表1某粘土不同壓實(shí)度的波速值(4)p=a+b匕試件壓實(shí)度試件干密度剪切波速值(5)p=a+blg臉(%)(沙m')c些100肚(6)1"94p=ae`姑花(7)P=a嶺90價(jià):::::85豹其中，a,b為待定系數(shù).80482257.2045表1為某粘土路基不同壓實(shí)度對(duì)應(yīng)的波速值，用以上四種模型進(jìn)行回歸分析，選取p=aVRI為最佳模型.圖1為朋兩者的關(guān)系曲線，數(shù)學(xué)回歸模型為80︵泊p=0.102嶺‘，，.(8)?加JA0相關(guān)系數(shù)y=0.973，相關(guān)性比較好.將(8)式代入(1)得、

7、d20加K-1=「V}?！?，，’(9)tVRO)2uu250300350400VR。為該土體最大干密度時(shí)的波速值，此時(shí)VR=348.34m/s.即V./(me')圖2為某低液限粉土路基密度與瑞雷波速關(guān)系曲線，選某枯土路基密度與瑞雷波速關(guān)系曲線取的最佳回歸模型為:200180︵日160p=0.9002e"o"''(10)，J140代入(1)得壓實(shí)度/d120K=衛(wèi)=eo003I(,-v,)(11)100poMuU02002