瑞雷面波法評(píng)價(jià)公路路基質(zhì)量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上瑞雷面波法評(píng)價(jià)公路路基質(zhì)量摘  要  ：工程地震勘探中的新方法瑞雷面波法可以獲得面波速度并換算出橫波波速、密度及彈性模量等參數(shù)。測(cè)試方法簡(jiǎn)便、快速，可以進(jìn)行原位無(wú)破損、連續(xù)大面積測(cè)量。在公路路基質(zhì)量評(píng)價(jià)中，取得了較好的效果。    關(guān)鍵詞  瑞雷面波；路基質(zhì)量檢測(cè) 路基是公路的最基本組成部分之一，公路路基的堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定是保證路面強(qiáng)度和穩(wěn)定的先決條件。路基的質(zhì)量必須進(jìn)行檢測(cè)，在諸多檢測(cè)指標(biāo)中，路基壓實(shí)度的檢測(cè)是重要項(xiàng)目之一。路基壓實(shí)度的檢測(cè)一般采用密度法，在每200m范圍內(nèi)每

2、層檢測(cè)4點(diǎn)。1 瑞雷波法檢測(cè)路基強(qiáng)度的基本原理    1.1 瑞雷波的基本性質(zhì)    瑞雷面波存在于地表面附近，沿地表面?zhèn)鞑?，其穿透深度約相當(dāng)于它的波長(zhǎng)。頻率越高的波穿透深度越小，可以利用高頻波探測(cè)淺部地層；用低頻波探測(cè)深部地層。在震源激發(fā)的能量中，約有三分之二的能量轉(zhuǎn)換為面波，且衰減速度比縱波和橫波慢。面波的振幅隨著距離增大，以1/ 的規(guī)律衰減，因此在遠(yuǎn)離震源處，面波還有較大的振幅。瑞雷面波在分層介質(zhì)中，具有頻散特性。利用這種性質(zhì)，可以根據(jù)頻散曲線劃分層位，求出各層速度。另外，瑞雷波

3、的波速與介質(zhì)的密度緊密相關(guān)，波速隨介質(zhì)密度增大而增加。因此可以利用波速與密度的相關(guān)性計(jì)算密度。    1.2 瑞雷波檢測(cè)路基壓實(shí)度的原理    路基的壓實(shí)度是土方路基的重要的質(zhì)量指標(biāo)，壓實(shí)度用K表示：       (1)式中：K壓實(shí)度；r一路基實(shí)際壓實(shí)達(dá)到的密度(g/cm3)；r0一標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到的最大密度。    瑞雷面波波速與密度的關(guān)系如下式：    

4、   (2)式中：VR -瑞雷波速度，m/s；G一剪切模量；r-密度，kgm3。由于剪切模量的增大速度比密度快得多，所以密度增大的同時(shí)波速也會(huì)增大。一般彈性波波速與密度的相關(guān)關(guān)系式可表示為：         (3)式中a和b為相關(guān)系數(shù)，由此，壓實(shí)度可以表示為：       (4)式中：VR -路基壓實(shí)后實(shí)測(cè)的波速值；VR0-標(biāo)準(zhǔn)擊試驗(yàn)r0對(duì)應(yīng)的波速值。根據(jù)這一關(guān)系式可知，介質(zhì)密度增大面波速度也隨之增大。因此，在一定條

5、件下，可以直接用面波速度檢測(cè)介質(zhì)的密度。利用瑞雷波速度還可由公式計(jì)算出橫波速度，進(jìn)一步得到動(dòng)彈性模量。計(jì)算過(guò)程如下：                                   VR/0.93 (VR>250m/s)橫波速度V

6、s的計(jì)算：Vs=VR/0.94 (150<VR                                   VR/0.95 (VR<150m/s)動(dòng)彈性模量Ed的計(jì)算   (6)其中：Vs為

7、橫波速度；VR為瑞雷波速度；Ed為動(dòng)彈性模量；r為介質(zhì)密度；n為泊松比，當(dāng)VR>250m/s時(shí)，nv=0.32，當(dāng) VR<250m/s時(shí)，nv=0.38。 2 路基質(zhì)量檢測(cè)實(shí)例    桂林東環(huán)路一些路段已出現(xiàn)網(wǎng)裂、下沉、坑洼和翻漿等現(xiàn)象。有些路面破損嚴(yán)重，為了了解路基情況，為進(jìn)一步的修建工作提供資料，采用瑞雷面波法評(píng)價(jià)路基質(zhì)量，要求探測(cè)路面以下2m以?xún)?nèi)是否有軟弱層 (低速介質(zhì))存在、并提供路面下0.41.1、1.11.8m及1.82.5m各段的彈性模量。    2

8、.1  野外工作技術(shù)及測(cè)線的布置    瑞雷波測(cè)量采用SWS-1G型多功能面波儀。12道檢波器接收，道間距l(xiāng)m，偏移距2m。檢波器頻率為4Hz，以錘擊為震源。測(cè)線布置在公路中心線兩側(cè)3m處，即2測(cè)線距離6m。同一測(cè)線上測(cè)點(diǎn)間距為20m。相鄰測(cè)線的測(cè)點(diǎn)交錯(cuò)布置。這樣，在公路中心部位每10m內(nèi)有1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。    2.2 測(cè)區(qū)工程地質(zhì)條件    場(chǎng)地處于漓江二級(jí)階地。場(chǎng)地自上而下的地層有填方土、耕作土、砂卵石、灰?guī)r。地下砂卵石層為富水層，若地下灰?guī)r中

9、有破碎帶或溶洞，隨季節(jié)性地下水強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，反復(fù)浸泡掏空淺部土壤層，會(huì)形成疏松層或土洞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成塌陷。    2.3 頻散曲線特征分析對(duì)測(cè)量的波形記錄進(jìn)行處理，得到瑞雷波VR-H頻散曲線。根據(jù)實(shí)測(cè)頻散曲線VR隨深度的變化可以劃分出不同的速度層，也可以說(shuō)是土壤的密度分層。測(cè)量區(qū)段內(nèi)路面大都出現(xiàn)了不同程度的破損，這與路基有直接關(guān)系。路基的狀態(tài)大致有如下幾種情況。 從圖1a可知路面下2.5m深度范圍內(nèi)介質(zhì)較均勻，波速約200m/s，這種曲線說(shuō)明此段路基的填方壓實(shí)層已不存在，土層含水較均勻。 圖lb顯示出有低速層存在，在0.44m范圍內(nèi)，波速

10、約160200m/s，這說(shuō)明路基含水量大或較疏松，這種情況的路基已不能支撐車(chē)輛及路面的壓力，路面破損最為嚴(yán)重；從圖1c可以看到低速層在0.71.5m范圍內(nèi)，原有的填方壓實(shí)路基只有30cm左右。圖1d的填方壓實(shí)層厚度僅接近lm，在深度2m以下，波速已降到180m/s。以上幾種情況都說(shuō)明路基存在缺陷，在這樣的基礎(chǔ)上，路面必然出現(xiàn)相應(yīng)的破損。                      

11、;                                           圖2 合格路基的頻散曲線 在路面完好處測(cè)得的頻散曲線。圖2a反映了路基介

12、質(zhì)較均勻，除在1.3m處稍低外，在2.5m深度范圍內(nèi)平均波速約230m/s。圖2b顯示在距離地面3m內(nèi)分為3層，各層面波速度依次為230m/s，240m/s，260m/s。這說(shuō)明路基面波速度隨深度逐漸增大，路基承載力較高，這種頻散曲線表明路基質(zhì)量較好，所以路面保持堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定。    根據(jù)觀測(cè)的瑞雷波速度來(lái)計(jì)算橫波速度，而橫波速度的大小直接反映了地層的“軟”、“硬”程度，并且與介質(zhì)的物理力學(xué)參數(shù)密切相關(guān)，路基質(zhì)量評(píng)價(jià)中直接采用面波速度和橫波速度為標(biāo)準(zhǔn)，采用面波VR0=230m/s為質(zhì)量合格與否的標(biāo)準(zhǔn)，與之相應(yīng)的橫波速度大于240m/s為質(zhì)量較好，小于240m/s為較差；用面波速度直接評(píng)價(jià)路基，當(dāng)面波速度大于230m/s為較好，200225m/s為較差，低于200m/s為很差。圖3c是一測(cè)量路段0.4l.lm，1.11.8m，1.82.5m三段深度內(nèi)分別取其瑞雷波平均速度VR1、VR2、VR3作速度分布剖面圖，從圖可明顯看出路基軟弱部位。    根據(jù)式(6)計(jì)算了動(dòng)彈性模量，從實(shí)測(cè)的頻散曲線中，對(duì)0.41.1m，1.11.8m，1.82.5m三段分別取其瑞雷波平均速度VR1、VR2、VR3，然后分別計(jì)算三段的動(dòng)彈性模量Ed1，Ed2，Ed3。部分路段數(shù)值如表1所示。