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  大地测量与地球动力学  2017, Vol. 37 Issue (11): 1198-1200, 1210  DOI: 10.14075/j.jgg.2017.11.020

引用本文  

杨麟峰, 高杰. 地震波在强夯地基测试中的应用研究[J]. 大地测量与地球动力学, 2017, 37(11): 1198-1200, 1210.
YANG Linfeng, GAO Jie. The Application of Seismic Wave in Consolidated Foundation Test[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2017, 37(11): 1198-1200, 1210.

通讯作者

高杰,工程师,主要从事岩土工程勘察、物探、检测研究,E-mail:75459735@qq.com

第一作者简介

杨麟峰,高级工程师,主要从事岩土工程勘察、物探、检测研究,E-mail:jczx-2005@163.com

About the first author

YANG Linfeng, senior engineer, majors in geotechnical engineering investigation, geophysical prospecting and detection, E-mail:jczx-2005@163.com.

文章历史

收稿日期:2016-12-09
地震波在强夯地基测试中的应用研究
杨麟峰1     高杰1     
1. 中冶集团武汉勘察研究院有限公司,武汉市冶金大道17号,430080
摘要:利用已知钻探、原位测试、土工试验的资料,构建地震波速度与地基土物理指标的关系,并以此作为已知输入,在同一地震排列中分别拾取瑞雷波、纵波速度。以地震波速度划分为速度层,根据已知输入确定地基土的密实度、均匀性、承载力等物理力学指标。
关键词强夯地基土密实度均匀性承载力特征值同一地震排列

随着国家工业用地和保护耕地政策的需要,山区建设用地不断增加。山区建设用地多为开挖回填,回填的碎石土需经强夯处理才能使用,因此,强夯后的地基土钻探、勘察、原位测试都因大量块石的存在而难以实施[1-2]。本文主要研究碎石土强夯后的工程特性,着重解决下述碎石类土的问题:确定密实度;评价强夯地基土的均匀性;确定强夯地基的有效影响深度;计算地基土的承载力、剪切模量、泊松比等物性指标。

1 研究思路

遵循物探工作从已知到末知的原则,通过对已知的大量钻探、土工试验资料和静载荷压板试验数据的统计、分析,建立强夯地基土与地震波速之间的关系;以此为反演基础,推断地基土的密实度、均匀性及承载力等物性指标;最后,将反演结果编制成物探软件,使之与岩土工程勘察相结合[3-10]。由于软件著作权尚在申报阶段,本文对软件部分不作讨论。具体研究技术路线见图 1

图 1 研究技术路线 Fig. 1 Research technology roadmap
2 具体实施 2.1 地基土物性指标与地震波速度关系的构建

通过对6个项目、4×106 m2强夯地基土的检测(其中,静载荷压板试验256处,钻探取土7 640件,标贯试验17 221次,动力触探11 315 m),建立地基土层与地震波速度之间的关系。具体方法为:在钻探地质剖面上、静载荷压板试验处,布置地震排列,同时测试地层的瑞雷波速度、纵波速度;然后,将静载荷压板、标贯试验、动探的结果与地震波速度进行统计分析;最后,将地震波速度与地层物理指标建立一一对应的关系。

1) 地基土密实度与地震波速的关系。通过对1 331个钻孔的动力触探(11 315 m)进行回归统计,得出地层的密实度与地震波速之间存在如表 1所示关系。

表 1 密实度与地震波速关系划分 Tab. 1 Relationship between dense degree and seismic velocity

2) 地基土承载力与地震波速的关系。通过对已知256处强夯地基土压板试验的统计分析,得出其承载力的规律为:

式中,K的变化规律是随着Vr的增加而急剧减小。一般Vr < 200 m/s时,K≈0.1;200 m/s≤Vr≤300 m/s时,K≈0.75;Vr > 300 m/s时,K值骤降。由于统计样本数量不足,此规律有待进一步研究。

3) 地基土的均匀性与地震波速的关系。本课题研究的是在同一地震排列中同时测试VrVP,通过检波器的移动和测线的布设,实现面积性勘察。因此,可根据速度等值线的平缓凸凹程度,宏观判定地基土的纵向、横向均匀性。

4) 地基土的有效影响深度与地震波速的关系。比对同一测点夯前、夯后速度,增值小于5%所确定的Vr深度即为强夯地基土的有效影响深度。

5) 地基土的物理参数确定。由于在同一地震排列中,同时研究VPVr的变化,且Vr≈0.9 VS,因此,以Vr取代VS计算地基土的物理指标。

体积弹性模量:

杨氏模量:

泊松比:

2.2 现场试验

1) 观测系统设计。设计观测系统如图 2所示。设计参数如下:A1A2……A12为检波器;道间距L=1 m;偏移距LO1=LP1=0 m;LO2=LP2=5 m;LO3=LP3=10 m;采样间隔Δ=500 μs;采样长度为2 s;震源为锤击震源。

图 2 观测系统 Fig. 2 Observation system

2) 地震波VPVr的拾取。利用自主编写的地震波VP/Vr(VSP)软件提取VPVr速度,纵波速度VP的拾取与常规的地震折射法相同,包含初至时间的读数、时距曲线的平行性检查、互换时间检查、地形文件的添加、地层分层、设置互换时间及第二次速度计算、延迟时间及生成速度模型、平滑速度模型、分层及提取速度反演速度模型,最终确定地层纵波速度。

建立文件列表及输入文件信息,计算其中的点道集和离散曲线,观察、分析离散曲线,进行非线性反演,最终确定瑞雷波速度值。

3) 对试验结果的循环修正。由于试验是在已有地基土物理指标的基础上进行的,因此试验结果的输出如果与实际情况不符,则修改参数,重新计算,直至与实际情况完全吻合为止。

3 工程实例

对于山西某强夯地基土的检测,设计观测系统如图 3所示。

图 3 观测系统 Fig. 3 Observation system

野外试验采用WZG-24A工程地震仪、12道4 Hz检波器、道间距1 m,采样间隔500 μs, 采样长度2 s,锤击震源。试验结果与现场钻探结果见图 4图 5表 2表 3

图 4 钻探地质剖面 Fig. 4 Drilling geological profile

图 5 物探速度剖面 Fig. 5 Geophysical velocity profile

表 2 动力学参数 Tab. 2 Kinetic parameters

表 3 试验结果统计 Tab. 3 Test results statistics

从结果比对可以看出,密实度确定的最大绝对误差为0.5 m,承载力特征值最大绝对误差为25 kPa,基本能满足工程检测需要;强夯影响深度、均匀性等问题从速度剖面图可直观判定,较钻探更为简洁明了。

4 结语

运用本研究成果实施碎石类土强夯地基的检测、勘察,可节省大量的钻探成本,具有广阔的市场前景。将研究成果进一步推广,将来可以解决砂土液化的判定、地基刚度系数的测定等多种原位测试问题。但本文研究主要是围绕碎石类土展开,对于素填土、砂土、粉土的波速与物理指标之间的关系构建还缺乏足够的样本,程序编写中,杨氏模量、体积模量、泊松比等参数的计算依据是弹性力学,缺少工程实践的验证,需要在今后改进。

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The Application of Seismic Wave in Consolidated Foundation Test
YANG Linfeng1     GAO Jie1     
1. Wuhan Surveying-Geotechnical Research Institute Co Ltd of MCC, 17 Yejin Road, Wuhan 430080, China
Abstract: We first construct the relationship between seismic wave velocity and soil physical index using drilling, in-site test and soil test data, as known input information. Then in the same seismic arrangement, rayleigh wave velocity and longitudinal wave velocity can be picked up from the same seismic section, which is divided into velocity layers. This permits calculation of some foundation physical soil properties, such as compactness, uniformity and bearing capacity, based on the relationship.
Key words: strong ramming foundation; compactness; uniformity; bearing capacity characteristic value; the same seismic arrangement