CN102288678A - 一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法 - Google Patents

一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法 Download PDF

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周燕国
孙政波
陈云敏
黄根清
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Abstract

本发明公开了一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法，包括以下步骤：利用表面波测试装置进行原位剪切波速测试；钻孔取样；利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展现场剪切波速测试；以现场剪切波速与原位剪切波速比值作为判断标准，根据分类标准进行现场一次评价，判断土样是否满足取样要求；室内强度试验之前再次利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展室内剪切波速测试；以室内剪切波速与原位剪切波速比值作为判断标准，根据分类标准进行室内二次评价，判断土样是否满足强度试验的要求。本发明步骤简单，测试结果准确，可分别在现场和室内进行试样扰动程度的判断，能够满足一般工程勘察和强度试验要求。

Description

一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法
技术领域
本发明涉及一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法。
背景技术
目前，国内外评价软弱土强度的室内方法主要是对于需要评价强度的土体，现场钻孔取样，通过室内三轴试验（如固结不排水CU试验），在实验室先对土样施加一定的围压固结，之后增加轴力，直至土体破坏，以此确定软弱土的不排水抗剪强度指标。由于该方法利用钻孔取样，即存在取样过程中原位土体应力释放、运输储存制样过程中土体的机械扰动等问题，因而造成土的结构性损伤，导致测试得到的抗剪强度通常低于原位试验测试值，结果过于保守。钻孔取样中使用的不同取土器，操作人员经验水平，运输储存制样过程等均会对土样造成不同程度的扰动，而工程重要性不同对土样完好程度即不扰动程度的要求也不同，但目前工程实践中无法在现场和室内对土样扰动程度进行直接定量评价，无法准确判断试验试样是否满足本工程勘察和强度试验的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法，该方法步骤简单，测试结果准确，可分别在现场和室内进行试样扰动程度的判断，能够满足一般工程勘察和强度试验要求。
对于某一土体，钻孔取土过程中土体受扰动，结构性有所破坏。若钻孔取样采用薄壁取土器且工作人员经验丰富，则试样扰动程度相对较小，试样的室内三轴试验结果能较好的反映原位土体的特性，保证工程的安全性及经济性；若取样采用厚壁取土器、标准贯入器等或者工作人员经验不丰富，则试样扰动程度相对较大，试样的室内三轴试验结果无法很好的反映原位土体的特性，通常会导致抗剪强度偏低，不够经济。此外，试样在运输、储存、制样过程中均会由于机械破坏而导致土体扰动，造成结构性下降，致使室内强度试验试样不满足试验要求。因此，对于某些重要性等级较高的工程，需要保证现场钻孔取样、运输、储存过程试样扰动程度均较小，使室内试验结果能较好的反映原位土体情况。而且，仅仅在现场对土样进行扰动程度的一次评价是不够的，需要在室内强度试验之前对试验进行室内二次评价。
本发明的目的在于提供一种利用剪切波速评价土体扰动程度的方法，分别在现场和室内对试样进行扰动程度评价，保证现场取样及室内强度试验试样的扰动程度均能满足要求。
原位土体具有相应的原位剪切模量                                                
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE001
和原位剪切波速，取样后，不同扰动程度的土体现场剪切模量
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE003
和现场剪切波速
Figure 621433DEST_PATH_IMAGE004
会有不同程度的降低。因此，可以根据现场取样后土样剪切波速降低程度程度判断土体的扰动程度大小。本发明定义现场扰动程度为现场剪切模量
Figure 378037DEST_PATH_IMAGE003
与原位土体的剪切模量的比值，即现场扰动程度
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE005
。由于土体剪切模量与剪切波速之间存在如下关系
Figure 701013DEST_PATH_IMAGE006
，所以可利用剪切波速来表征现场土体扰动程度。同时，经过运输、保存，室内不同扰动程度的室内土体剪切模量
Figure 220856DEST_PATH_IMAGE008
和室内剪切波速也会有不同程度的降低，同样可以用室内土体剪切模量和室内剪切波速定义室内土体扰动程度
Figure 747893DEST_PATH_IMAGE010
。
现场一次评价和室内二次评价的分类标准为：
（1）当
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE011
或
Figure 9110DEST_PATH_IMAGE012
时，认为土样质量为Ⅰ级，扰动程度为不扰动；
（2）当或
Figure 474726DEST_PATH_IMAGE014
时，认为土样质量为Ⅱ级，扰动程度为轻微扰动；
（3）当
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE015
或时，认为土样质量Ⅲ级，扰动程度为显著扰动；
（4）当
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE017
或时，认为土样质量为Ⅳ级，扰动程度为完全扰动；
采用此种方法，便可通过波速表征的技术判断现场土样及室内试样的扰动程度，从而根据工程重要性决定试样是否满足工程勘察和强度试验的要求。当认为试样扰动程度偏大，不能很好反映原位土体情况时候，可以重新取样或更换试验试样。
本发明采用的技术方案包括以下步骤：
（1）利用表面波测试装置进行现场波速测试，分析获得该场地的不同深度处原位剪切波速
Figure 913426DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）在该场地钻孔点位按上述不同深度处取样；
（3）对不同深度的土样，用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展现场剪切波速测试，得到不同深度土体现场剪切波速
Figure 436811DEST_PATH_IMAGE004
；
（4）将同一深度土样的现场剪切波速
Figure 928973DEST_PATH_IMAGE004
与原位剪切波速
Figure 905019DEST_PATH_IMAGE002
比值的平方
Figure 24152DEST_PATH_IMAGE007
作为评价指标，根据分类标准对此深度处土样的扰动程度进行现场一次评价，判断土样是否满足取样要求；
（5）取回不同深度处土样到室内，在进行强度试验之前再次利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展室内剪切波速测试，得到同一深度试样的室内剪切波速
Figure 729940DEST_PATH_IMAGE009
；
（6）将同一深度试样的室内剪切波速和原位剪切波速
Figure 856345DEST_PATH_IMAGE002
比值的平方
Figure 2011101235814100002DEST_PATH_IMAGE019
作为评价指标，根据分类标准对此深度处试样的扰动程度进行室内二次评价，确定试样是否满足强度试验要求。
本发明具有的有益效果是：
本发明步骤简单，测试结果准确，可分别进行现场一次评价和室内二次评价，正确判断土样能否满足工程勘察和强度试验的需要，保证所取土样能准确反应场地情况，做到既经济又合理，能够满足一般工程勘察和强度试验要求。
附图说明
图1是本发明实施例表面波波速测试剖面图。
图2是本发明实施例原位剪切波速和现场剪切波速图。
图3是本发明实施例现场一次评价、室内二次评价结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本实施例为某电厂现场勘察，需钻孔取样用于室内三轴试验测定土体的抗剪强度指标等值，利用本发明方法进行扰动程度的现场一次评价和室内二次评价。
该方法的具体实施步骤如下：
（1）利用表面波测试装置进行现场表面波测试，分析获得该场地的不同深度处原位剪切波速
Figure 997476DEST_PATH_IMAGE002
；
表面波测试装置采用工程地震仪，开展瞬态瑞利波测试，通过换算得到场地剪切波速剖面图（图1），同时得到深度为2.4m，3.9m，5.2m，8.0m，11.6m，14.5m，19.1m处土体的剪切波速值分别为30m/s，30m/s，41.2m/s，47.6m/s，67.1m/s，96.1m/s，113m/s。
（2）在场地钻孔点位的上述深度处分别取样；
根据设计要求，分别利用不同取土器得到上述深度处土样，取样过程根据规范操作。
（3）对上述不同深度的土样，用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展现场剪切波速测试，得到不同深度土体现场剪切波速
Figure 59235DEST_PATH_IMAGE004
；
对取回的土样，利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置分别对每个土样进行剪切波速测试。测试前先量取土样长度L，然后连接弯曲元，激发信号，在另一端接收信号，记录剪切波传播时间t，便可获得土样剪切波传播速度VS1=L/t（图2），测试结果为上述深度处土体的现场剪切波速VS1分别为26m/s，25m/s，31m/s，34m/s，47m/s，66m/s，74m/s。
（4）将上述同一深度土样的现场剪切波速
Figure 627620DEST_PATH_IMAGE004
与原位剪切波速
Figure 843837DEST_PATH_IMAGE002
比值的平方作为评价指标，根据分类标准对此深度处土样的扰动程度进行现场一次评价，判断土样是否满足取样要求。
由本发明评价结果可知，2.4m，3.9m，5.2m，8.0m，11.6m深度处土样现场剪切波速值
Figure 788660DEST_PATH_IMAGE004
和原位剪切波速值
Figure 141144DEST_PATH_IMAGE002
的比值的平方即评价指标分别为0.75,0.69,0.57,0.51,0.49，均大于0.49，土样质量为Ⅰ级，扰动程度为不扰动；14.5m，19.1m深度处土样现场剪切波速值
Figure 144795DEST_PATH_IMAGE004
和原位剪切波速值
Figure 565412DEST_PATH_IMAGE002
的比值的平方即评价指标
Figure 100299DEST_PATH_IMAGE007
分别为0.47和0.43，均小于0.49，土样质量为Ⅱ级，扰动程度为轻微扰动。
本实施例现场一次评价采用的分类标准为：
1）当
Figure 10486DEST_PATH_IMAGE011
时，认为土样质量为Ⅰ级，扰动程度为不扰动；
2）当
Figure 935717DEST_PATH_IMAGE013
时，认为土样质量为Ⅱ级，扰动程度为轻微扰动；
3）当
Figure 222342DEST_PATH_IMAGE015
时，认为土样质量Ⅲ级，扰动程度为显著扰动；
4）当
Figure 113199DEST_PATH_IMAGE017
时，认为土样质量为Ⅳ级，扰动程度为完全扰动；
5）取回不同深度处土样到室内，在进行强度试验之前再次利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展室内剪切波速测试，得到同一深度试样的室内剪切波速
Figure 397550DEST_PATH_IMAGE009
；
对取回的土样，利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置分别对每个土样进行剪切波速测试。测试前先量取土样长度L，之后接上弯曲元，激发信号，记录剪切波传播时间t，便可获得土样剪切波传播速度VS2=L/t。测试结果为上述深度处土体的现场剪切波速VS1分别为25m/s，24m/s，30.5m/s，33.8m/s，47.6m/s，63.4m/s，72.3m/s；
6）将同一深度试样的室内剪切波速
Figure 872394DEST_PATH_IMAGE009
和原位剪切波速
Figure 634814DEST_PATH_IMAGE002
比值的平方作为评价指标，根据分类标准对此深度处试样的扰动程度进行室内二次评价，确定试样是否满足强度试验要求。
由本发明评价结果可知，2.4m，3.9m，5.2m，8.0m，11.6m深度处土样室内剪切波速值
Figure 878713DEST_PATH_IMAGE009
和原位剪切波速值
Figure 396282DEST_PATH_IMAGE002
的比值的平方即评价指标分别为0.69,0.66,0.55,0.50,0.50，均大于0.49，土样质量为Ⅰ级，扰动程度为不扰动；14.5m，19.1m深度处土样室内剪切波速值
Figure 428927DEST_PATH_IMAGE004
和原位剪切波速值
Figure 527333DEST_PATH_IMAGE002
的比值的平方即评价指标
Figure 215803DEST_PATH_IMAGE020
分别为0.44,和0.41，均小于0.49，土样质量为Ⅱ级，扰动程度为轻微扰动。相比于现场一次评价，室内二次评价结果一般较差。
本实施例室内二次评价采用的分类标准为：
1）当时，认为土样质量为Ⅰ级，扰动程度为不扰动；
2）当
Figure 769461DEST_PATH_IMAGE014
时，认为土样质量为Ⅱ级，扰动程度为轻微扰动；
3）当
Figure 925636DEST_PATH_IMAGE016
时，认为土样质量Ⅲ级，扰动程度为显著扰动；
4）当
Figure 286473DEST_PATH_IMAGE018
时，认为土样质量为Ⅳ级，扰动程度为完全扰动。

Claims (3)

1.一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
（1）利用表面波测试装置进行现场波速测试，分析获得该场地的不同深度处原位剪切波速                                                
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）在该场地钻孔点位按上述不同深度处取样；
（3）对不同深度的土样，用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展现场剪切波速测试，得到不同深度土体现场剪切波速
Figure 948330DEST_PATH_IMAGE002
；
（4）将同一深度土样的现场剪切波速
Figure 617209DEST_PATH_IMAGE002
与原位剪切波速比值的平方
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE003
作为评价指标，根据分类标准对此深度处土样的扰动程度进行现场一次评价，判断土样是否满足取样要求；
（5）取回不同深度处土样到室内，在进行强度试验之前再次利用便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置开展室内剪切波速测试，得到同一深度试样的室内剪切波速；
（6）将同一深度试样的室内剪切波速
Figure 793259DEST_PATH_IMAGE004
和原位剪切波速
Figure 378962DEST_PATH_IMAGE001
比值的平方
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE005
作为评价指标，根据分类标准对此深度处试样的扰动程度进行室内二次评价，确定试样是否满足强度试验要求。
2.根据权利要求1所述的一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法，其特征在于：所述现场一次评价的指标为
Figure 871123DEST_PATH_IMAGE006
，所述室内二次评价指标为
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE007
；
式中
Figure 738847DEST_PATH_IMAGE008
为现场一次扰动程度，
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE009
为室内二次扰动程度，
Figure 76287DEST_PATH_IMAGE010
为原位剪切模量，
Figure 782075DEST_PATH_IMAGE001
为原位剪切波速，
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE011
为现场剪切模量，
Figure 678094DEST_PATH_IMAGE002
为现场剪切波速，
Figure 469332DEST_PATH_IMAGE012
为室内土体剪切模量，
Figure 610463DEST_PATH_IMAGE004
为室内剪切波速。
3.根据权利要求1所述的一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法，其特征在于：所述现场一次评价和室内二次评价分类标准分别为：
（1）当
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE013
或
Figure 170758DEST_PATH_IMAGE014
时，认为土样质量为Ⅰ级，扰动程度为不扰动；
（2）当
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE015
或
Figure 506186DEST_PATH_IMAGE016
时，认为土样质量为Ⅱ级，扰动程度为轻微扰动；
（3）当
Figure 2011101235814100001DEST_PATH_IMAGE017
或
Figure 519142DEST_PATH_IMAGE018
时，认为土样质量Ⅲ级，扰动程度为显著扰动；
（4）当
Figure DEST_PATH_IMAGE019
或
Figure 463964DEST_PATH_IMAGE020
时，认为土样质量为Ⅳ级，扰动程度为完全扰动。
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