CN104711965A - 一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法 - Google Patents

一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法，与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：根据瑞利波在不同密实度的别碎石土强夯地基具有不同的传播速度，以表层松弛层中瑞利波的传播速度为基准，建立瑞利波在不同密实度别碎石土强夯地基于其密实度之间的关系。简单、快速地自动确定碎石土强夯地基的密实度，克服目前检测时钻探难度大，时间长，成本高，检测深度有限等问题。

Description

一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法
技术领域
本发明涉及工程技术领域，具体说是一种用面波反演剪切波速Vs及其波速比△Vs划分强夯大粒径碎石土地基密实度的方法。
背景技术
目前，大粒径碎石土作为强夯在回填料，由于其对不同地基地质条件适应性强、沉降小、稳定性好、抗震性能好、施工简单、易修复，对山区工程而言都可以就地取材，且有较丰富的料源，在技术经济指标方面有显著优势，特别是在山区造地时，大量采用就地回填。但是，碎石土由于碎石粒径大，颗粒分布不均匀，给强夯后的质量检测带来较大的困难。强夯后的碎石体结构密实度的检测和评价工作，目前主要有直接法和间接法两类。直接法主要为坑测法检测，即挖坑、称重、量体积，是原始而常用的方法，测定结果相对准确可靠，但该方法检测效率低、费时、费力、耗资大且具有破坏了已经强夯的地基，由于这些局限性限制了坑测法在大粒径碎石填筑质量检测中的大量使用；间接法主要有动力触探法、压实沉降观测法、连续压实控制法、承载板法、面波法。
动力触探法、压实沉降观测法、连续压实控制法、承载板法都有检测时钻探难度大，时间长，成本高，检测深度有限等问题。面波(瑞利波)勘探检测是它利用表面波(瑞利波)传播速度与结构内部材料密度、强度、弹性模量等力学参数的良好相关性，通过检测岩土中波的传播速度，利用波速等值图分布规律，从而对强夯地基土分层，对均匀性进行评定。该方法具有操作简便、探测速度快、对检测场地要求不高且能一次获得与深度相关的地层剪切波速度参数的特点。
现阶段面波(瑞利波)勘探检测中，主要是对地基土密实度及均匀性进行评价，对于不同地质条件下不同岩土其波速与密实度却没有一个严格意义的划分标准，而密实度又是岩土工程中评价地基质量的一个重要指标，因此，如何通过面波勘探手段来达到检测地基密实度的目的，是目前岩土工程勘察急需解决的问题
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法，是一种安全、经济、环保，并且装置易得、安装检测简便的方法。
本发明提供的技术方案是：一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法，其特征在于按照如下方法进行：
a)采用单端激振法采集瑞利波剪切波速，布置检波器，以测点为对称中心，将检波器呈直线均匀安放在地表，使之与地面嵌合紧密且直立；
b)用重锤竖向冲击地面，地震仪记录检波器接收地表振动信号；
c)对采集的数据进行处理反演，求出强夯后地层各层的瑞利波剪切波速Vsi，并同时生产等值瑞利波剪切波速曲线；
d)依据强夯地层特性或其他常规测试手段和测试瑞利波波速的等值曲线，确定表层松弛层厚度，将此层瑞利波剪切波速作为VS0；
e)计算波速比△Vsi：将松弛层的瑞利波剪切波速定为VS0，等值线曲线其他层位的波速为Vsi，i＝1,2,3……n，n为自然数，Vsi与Vs0与的差与VS0之比为波速比△Vsi，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0；
f)根据各层瑞利波的波速以及波速比△Vsi判别碎石土强夯地基的密实度。
所述判别碎石土强夯地基的密实度的方法由如下两种方法之一实现：
方法1绝对数值法：依据Vsi的数值大小划分地层关系方法如下
Vsi＞270m/s时，土体呈很密状态；
250＜Vsi≤270m/s时，土体呈密实状态；
230＜Vsi≤250m/s时，土体呈中密状态；
200＜Vsi≤230m/s时，土体呈稍密状态；
Vsi≤200m/s时，土体为松散状态；
方法2相对法：
将松弛层的瑞利波剪切波速定为VS0，等值线曲线其他层位的波速为Vsi，i＝1,2,3……n，n为自然数，Vsi与Vs0与的差与VS0之比为波速比△Vsi，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0，依据△Vsi划分地层关系方法如下:
△Vsi＞35％时，土体呈很密状态；
25％＜△Vsi≤35％时，土体呈密实状态；
15％＜△Vsi≤25％时，土体呈中密状态；
0＜△Vsi≤15％时，土体呈稍密状态；
△Vsi≤0时，土体为松散状态。
所述判别碎石土强夯地基的密实度的方法适用条件为强夯地基碎石土地基，碎石土含量大于50％，粒径小于500mm。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：根据瑞利波在不同密实度的别碎石土强夯地基具有不同的传播速度，以表层松弛层中瑞利波的传播速度为基准，建立瑞利波在不同密实度别碎石土强夯地基于其密实度之间的关系。简单、快速地自动确定碎石土强夯地基的密实度，克服目前检测时钻探难度大，时间长，成本高，检测深度有限等问题。
附图说明
图1是本发明一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法的基于瑞利波反演剪切波速和相对剪切波速与强夯后地基密实度之间关系模型图；
图2是本发明一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法的地面瞬态瑞雷波测现场检测布置示意图
图3是本发明一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法DC-7区夯后动探、波速对比图；
图4是本发明一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法DC-8区夯后动探、波速对比图；
图5是本发明一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法DC-10区夯后动探、波速对比图.
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所述的一种用面波反演剪切波速Vs及其波速比△Vs划分强夯大粒径碎石土地基密实度的方法，其特征在于按照如下方法进行：
a)采用单端激振法采集瑞利波剪切波速，布置检波器，以测点为对称中心，将检波器呈直线均匀安放在地表，使之与地面嵌合紧密且直立；
b)用重锤竖向冲击地面，地震仪记录检波器接收地表振动信号；
c)对采集的数据进行处理反演，求出强夯后地层各层的瑞利波剪切波速Vsi，并同时生产等值瑞利波剪切波速曲线；
d)依据强夯地层特性或其他常规测试手段和测试瑞利波波速的等值曲线，确定表层松弛层厚度，将此层瑞利波剪切波速作为VS0；
e)计算波速比△Vsi：将松弛层的瑞利波剪切波速定为VS0，等值线曲线其他层位的波速为Vsi，i＝1,2,3……n，n为自然数，Vsi与Vs0与的差与VS0之比为波速比△Vsi，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0；
f)根据各层瑞利波的波速以及波速比△Vsi判别碎石土强夯地基的密实度。
所述判别碎石土强夯地基的密实度的方法由如下两种方法之一实现：
方法1绝对数值法：依据Vsi的数值大小划分地层关系方法如下
Vsi＞270m/s时，土体呈很密状态；
250＜Vsi≤270m/s时，土体呈密实状态；
230＜Vsi≤250m/s时，土体呈中密状态；
200＜Vsi≤230m/s时，土体呈稍密状态；
Vsi≤200m/s时，土体为松散状态；
方法2相对法：
将松弛层的瑞利波剪切波速定为VS0，等值线曲线其他层位的波速为Vsi，i＝1,2,3……n，n为自然数，Vsi与Vs0与的差与VS0之比为波速比△Vsi，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0，依据△Vsi划分地层关系方法如下:
△Vsi＞35％时，土体呈很密状态；
25％＜△Vsi≤35％时，土体呈密实状态；
15％＜△Vsi≤25％时，土体呈中密状态；
0＜△Vsi≤15％时，土体呈稍密状态；
△Vsi≤0时，土体为松散状态。
所述判别碎石土强夯地基的密实度的方法适用条件为强夯地基碎石土地基，碎石土含量大于50％，粒径小于500mm。
如图1所示，为地面瞬态瑞利波测现场检测布置示意图，图中1是地震仪用以采集时域信号，2是对时域信号进行频谱分析的分析器，3是检波器，5是重锤，6是垫板。以测点为对称中心，将检波器呈直线均匀安放在地表，使之与地面嵌合紧密且直立。用重锤竖向冲击地面，地震仪记录检波器接收到的地表振动信号。重复上述步骤3～5次，将多次信号叠加，以达到消除随机噪音干扰的目的。
对不同密实度的碎石土进行超重型动力触探，瑞利波剪切波速已经波速比进行勘测比较，在《岩土工程勘察规范》(GB50021)中利用超重型动力触探试验成果评价碎石土的密实度方法，瑞利波剪切波速、波速比与超重型动力触探判别碎石土密实度状态比较见表1。
表1 瑞利波剪切波速、波速比与超重型动力触探判别碎石土密实度状态比较
如图1所示是发明一种基于瑞利波反演剪切波速和相对剪切波速与强夯后地基密实度之间关系模型图，图中Ⅰ区为扰动松弛区，该区域瑞利波剪切波速VSi≤200m/s，△VSi≤0，该区域呈松散状态；Ⅱ区是分为强加密区a和次强加密区b，其中强加密区a呈很密状态，Vsi＞270m/s，△Vsi＞35％，次强加密区b呈密实状态，250＜Vsi≤270，25％＜△Vsi≤35％；Ⅲ区是加密区，呈中密状态，230＜Vsi≤250，15％＜△Vsi≤25％；Ⅳ区为影响区，呈稍密状态，200＜Vsi≤230，0＜△Vsi≤15％。Ⅱ区，Ⅲ区合起来为加固区。
具体实施方式如下述。
图2是地面瞬态瑞雷波测现场检测布置示意图，图中1为地震仪，2为分析器，3为检波器，4为重锤，5为垫板。按照操作规程采集瑞利波剪切波速，这个过程要通过野外作业完成。我们采用单端激振法，布置24道检波器，检波器频率4Hz，道间距1m，偏移距5m，采样点数2048点，采样间隔250us。以测点为对称中心，将检波器呈直线均匀安放在地表，使之与地面嵌合紧密且直立。用重锤竖向冲击地面，地震仪记录检波器接收到的地表振动信号。重复上述步骤3～5次，将多次信号叠加，以达到消除随机噪音干扰的目的。
对采集的数据进行处理反演，其数据拷贝到我们编制的强夯地基土细分自动计算程序中，求出强夯后地层各层的瑞利波剪切波速Vsi，并同时生产等值瑞利波剪切波速曲线。依据强夯地层特性或其他测试手段(如超重型动力触探、坑探)和测试瑞利波波速的等值曲线，确定表层松弛层(松散状态)厚度(一般0.5～0.8m)，将此层瑞利波剪切波速作为Vs0。计算△Vsi：将松弛层的瑞利波剪切波速定为Vs0，其Vs0数值作为基数，等值线曲线其他层位的波速为Vsi,其差△Vsi与Vs0之比为波速比△Vs，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0。
实施例
在三个不同的场地内进行试验，所以试验场地均为土方少、石方多，以石方回填为主。强夯施工概况如表A和表B所示，填料三种
表A 土石混合填方区强夯参数一览表
注：碎石土中碎石粒径均小于500mm。
土石配合比以及试验表明土石含量在表B中说明，点夯的夯点间距分别为锤直径的2.5倍、3倍、3.5倍，填方厚度分别为5.0m、5.5m、6.5m。强夯完成后要求对强夯质量进行检测。
表B 夯击次数、沉降量、总沉降量及收锤标准统计表
强夯完成后15天开始检测，采用本发明一种用面波反演剪切波速Vsi及其波速比△Vsi划分强夯大粒径碎石土地基密实度的方法和超重型动力触探试验N120两种方法进行测试。本发明方法采用单端激振法，布置24道检波器，检波器频率4Hz，道间距1m，偏移距5m，采样点数2048点，采样间隔250us。
图3～5是DC7、DC8和DC10三个检测区夯后动探、波速测试密实度的对比图。从图中可以看出通过超重型动力触探试验N120和瑞利波测试成果分析，依据我们总结瑞利波剪切波速划分地层方法，强夯后地基土密实度划分与超重型动力触探划分是一致。
以上所述仅为本发明的具体实施方案的详细描述，并不以此限制本发明，凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法，其特征在于按照如下方法进行：
a)采用单端激振法采集瑞利波剪切波速，布置检波器，以测点为对称中心，将检波器呈直线均匀安放在地表，使之与地面嵌合紧密且直立；
b)用重锤竖向冲击地面，地震仪记录检波器接收地表振动信号；
c)对采集的数据进行处理反演，求出强夯后地层各层的瑞利波剪切波速Vsi，并同时生产等值瑞利波剪切波速曲线；
d)依据强夯地层特性或其他常规测试手段和测试瑞利波波速的等值曲线，确定表层松弛层厚度，将此层瑞利波剪切波速作为VS0；
e)计算波速比△Vsi：将松弛层的瑞利波剪切波速定为VS0，等值线曲线其他层位的波速为Vsi，i＝1,2,3......n，n为自然数，Vsi与Vs0与的差与VS0之比为波速比△Vsi，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0；
f)根据各层瑞利波的波速以及波速比△Vsi判别碎石土强夯地基的密实度。
2.根据权利要求1所述的一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法，其特征在于：所述判别碎石土强夯地基的密实度的方法由如下两种方法之一实现：
方法1绝对数值法：依据Vsi的数值大小划分地层关系方法如下
Vsi＞270m/s时，土体呈很密状态；
250＜Vsi≤270m/s时，土体呈密实状态；
230＜Vsi≤250m/s时，土体呈中密状态；
200＜Vsi≤230m/s时，土体呈稍密状态；
Vsi≤200m/s时，土体为松散状态；
方法2相对法：
将松弛层的瑞利波剪切波速定为VS0，等值线曲线其他层位的波速为Vsi，i＝1,2,3......n，n为自然数，Vsi与Vs0与的差与VS0之比为波速比△Vsi，即为:△Vsi＝(Vsi-Vs0)/Vs0，依据△Vsi划分地层关系方法如下:
△Vsi＞35％时，土体呈很密状态；
25％＜△Vsi≤35％时，土体呈密实状态；
15％＜△Vsi≤25％时，土体呈中密状态；
0＜△Vsi≤15％时，土体呈稍密状态；
△Vsi≤0时，土体为松散状态。
3.根据权利要求1所述的一种用面波反演剪切波速划分碎石土地基密实度的方法，其特征在于，所述判别碎石土强夯地基的密实度的方法适用条件为强夯地基碎石土地基，碎石土含量大于50％，粒径小于500mm。
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