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【摘 要】通过分析瞬态瑞雷波法的工作原理以及瑞雷波速与地基土参数之间的相关性,建立瑞雷波速与复合地基承载力之间的相关关系模型评价复合地基加固效果,并通过实际工程进行验证。
【关键词】瞬态瑞雷波;复合地基;承载力;加固效果评价
Reinforcement effect research of compound foundation evaluated by Rayleigh wave method
He Hui-tuan
(Jiaxing vocational technical college Jiaxing Zhejiang 314036)
【Abstract】By analysing the Working principle of Rayleigh wave method and the relationship between Rayleigh velocity and foundation parameters, a relationship model of Rayleigh velocity and compound foundation bearing capacity is established, which is used to evaluate the reinforcement effect of compound foundation. The model is also verofied by Engineering example.
【Key words】Transient Rayleigh wave; Compound foundation; Bearing capacity; Reinforcement effect evaluation
1885年,Rayleigh发现了瑞雷波的存在并揭示了瑞雷波在弹性半空间介质中的传播特性。80年代初,日本的株式会社研制出了基于稳态法的GR-810佐藤地下全自动勘察机,用来解决工程地质勘察问题,从而标志着稳态瑞雷法已经从理论走向实践。瑞雷面波测试技术是一种无破损、高速快捷的检测新技术,瑞雷波速和剪切波速有良好的相关性。剪切波速和地基土的物理力学参数存在良好的相关性,许多学者通过研究已经建立了不少剪切波速和地基土物理力学参数之间的关系模型,通过建立瑞雷波速与地基参数之间的相关关系模型,可以快速有效地对复合地基加固效果进行无损检测和评价。
1. 瞬态面波检测原理
面波实质是纵波与横波垂直分量干涉而成。在瞬态激励下,地面将产生直达波、反射波、折射波、面波及声波等扰动波,其中面波能量最强,约占传播总能量的67%。它的传输速度低 (VR 瑞雷波的另一重要特征就是当瑞雷波在均匀介质中传播时,无频散特性。但是当瑞雷波在非均匀层状介质中传播时,不同频率的瑞雷波其传输速度是不同的,这种频散特性为将其应用到工程实践中提供了重要前提条件。另外,由半波长理论知,地面测得的速度VR反映了二分之一波长深度内介质的平均弹性性质,因 λR=VR/f, VR只与介质特性有关,其变化范围是一定的,所以波长λR主要取决于频率 f,不同频率的面波有不同的波长, f的变化反映了不同深度内介质平均性质的变化,低频反映了深层的信息,高频则反映了浅层的信息。面波检测技术基本原理如图1所示。
图1 瞬态面波检测原理
2. 瞬态瑞雷波法评价复合地基加固效果模型
根据复合地基承载理应按置换率和应力集中比来计算的原理,即依据复合地基的应力按材料刚度大小进行应力重新分布的理论,复合地基的容许承载力由下式给出
fc=[1+(n-1)m]fs(1)
式中fc 、 fs分别代表复合地基和天然地基容许承载力, m、 n分别代表复合地基置换率和桩土应力比。
天然地基(桩间土)承载力 fs与瑞雷波速之间存在相关关系:
fs=2.777V0.796 R(子样数 n=94,相关系数r=0.85 ) (2)
瑞雷波速与桩土应力比之间存在相关关系:
n=1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(25.18lgVR-42.47)]m/(4-3m)•16.025.18lgVR-42.47 1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(24.213lgVR-45.54)]m/(4-3m)•16.024.213lgVR-45.54 (3)
将(2)、(3)代入(1)得到利用瑞雷波速评价复合地基加固效果模型:
fc= (1+(1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(25.18lgVR-42.47)]m/(4-3m)•16.025.18lgVR-42.47 -1)m)2.777V0.796 R(1+(1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(24.213lgVR-45.54)]m/(4-3m)•16.024.213lgVR-45.54 -1)m)2.777V0.796 R (4)
3. 工程案例分析
3.1 场地工程地质概况。
利用上述模型,对试验场地进行碎石桩复合地基加固效果评价。依据场地《岩土工程勘察报告》,场地地层简述如下:
(1)层粉土:黄褐色,含粉砂,夹粉质粘土或粉砂薄层,含少量姜石,稍湿~很湿,密实层厚4.7~5.6m,fk=60KPa。
(2)层粉细砂:灰褐色,石英长石质,含云母,混粒结构,亚圆形,湿~饱和,松散,层厚0.6~1.7m,fk=80KPa。
(3)层粉细土:灰褐色,含粉砂和粘性土,局部夹薄层粘土,湿,中密,层厚1.8~3.4m,fk=140KPa。
(4)层粉细砂:灰褐色,石英长石质,含云母,混粒结构,亚圆形,含粘性土,饱和,稍密,层厚0.8~3.6m,fk=140KPa。
3.2 静载荷试验结果分析。
首先通过单桩垂直静载荷试验和复合地基静载荷试验对试验场地的复合地基承载力进行检测,本场地共完成三个点的单桩复合地基静载荷试验,当荷载加至320KPa时,1#~3#点累计沉降量分别为12.54mm、10.20mm、16.26mm。依据JGJ79-91规范,1#~3#点按相对沉降法取值(s/b=0.005),复合地基承载力基本值为189KPa、210KPa、160KPa 。承载力设计值对应沉降量分别为3.62mm、2.82mm、4.96mm。复合地基承载力平均值为186KPa,极差为平均值的26.9%,由此确定该复合地基承载力标准值为186 KPa ,典型P~S曲线图见图2。
图2 典型P~S曲线图
3.3 瞬态瑞雷波法评价分析。
通过对该试验场地布设70个瞬态瑞雷波速测试点进行测试,各测试点瑞雷波速在119~162m/s 之间,平均波速为144m/s。典型频散曲线见图3。
图3 典型瑞雷面波频散曲线图
将70个瑞雷波速值带入利用瑞雷波速评价复合地基加固效果模型求出相应的复合地基承载力值,表1给出其中40个典型数据分析。经统计分析,利用瑞雷波速评价复合地基加固效果模型求得试验场地复合地基承载力平均值为188.6 ,标准差为2.7 ,与静载荷试验结果具有良好的一致性和可靠性。
4. 结论
由于瞬态瑞雷面波的频散特性,瑞雷波速VR与天然地基承载力、复合地基桩土应力比之间存在良好的相关关系。通过建立瑞雷波速VR与复合地基承载力值fc之间的相关关系模型,可以实现对复合地基进行快速有效的加固效果评价,通过工程实例将计算值与静载荷试验结果比对也验证了这种方法的可靠性。
参考文献
[1] 杨成林.瑞雷波勘探[M].北京:地质出版社,1993
[2] 耿光旭,赵刚.强夯地基检测的有效方法——瑞雷波法[J].勘察科学技术,2001,5
[3] 贺会团,张献民,陈涛.一种新的桩土应力比计算公式的建立[J].岩土工程界,2005,5
[文章编号]1006-7619(2010)07-01-613
【关键词】瞬态瑞雷波;复合地基;承载力;加固效果评价
Reinforcement effect research of compound foundation evaluated by Rayleigh wave method
He Hui-tuan
(Jiaxing vocational technical college Jiaxing Zhejiang 314036)
【Abstract】By analysing the Working principle of Rayleigh wave method and the relationship between Rayleigh velocity and foundation parameters, a relationship model of Rayleigh velocity and compound foundation bearing capacity is established, which is used to evaluate the reinforcement effect of compound foundation. The model is also verofied by Engineering example.
【Key words】Transient Rayleigh wave; Compound foundation; Bearing capacity; Reinforcement effect evaluation
1885年,Rayleigh发现了瑞雷波的存在并揭示了瑞雷波在弹性半空间介质中的传播特性。80年代初,日本的株式会社研制出了基于稳态法的GR-810佐藤地下全自动勘察机,用来解决工程地质勘察问题,从而标志着稳态瑞雷法已经从理论走向实践。瑞雷面波测试技术是一种无破损、高速快捷的检测新技术,瑞雷波速和剪切波速有良好的相关性。剪切波速和地基土的物理力学参数存在良好的相关性,许多学者通过研究已经建立了不少剪切波速和地基土物理力学参数之间的关系模型,通过建立瑞雷波速与地基参数之间的相关关系模型,可以快速有效地对复合地基加固效果进行无损检测和评价。
1. 瞬态面波检测原理
面波实质是纵波与横波垂直分量干涉而成。在瞬态激励下,地面将产生直达波、反射波、折射波、面波及声波等扰动波,其中面波能量最强,约占传播总能量的67%。它的传输速度低 (VR
图1 瞬态面波检测原理
2. 瞬态瑞雷波法评价复合地基加固效果模型
根据复合地基承载理应按置换率和应力集中比来计算的原理,即依据复合地基的应力按材料刚度大小进行应力重新分布的理论
fc=[1+(n-1)m]fs(1)
式中fc 、 fs分别代表复合地基和天然地基容许承载力, m、 n分别代表复合地基置换率和桩土应力比。
天然地基(桩间土)承载力 fs与瑞雷波速之间存在相关关系
fs=2.777V0.796 R(子样数 n=94,相关系数r=0.85 ) (2)
瑞雷波速与桩土应力比之间存在相关关系
n=1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(25.18lgVR-42.47)]m/(4-3m)•16.025.18lgVR-42.47 1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(24.213lgVR-45.54)]m/(4-3m)•16.024.213lgVR-45.54 (3)
将(2)、(3)代入(1)得到利用瑞雷波速评价复合地基加固效果模型:
fc= (1+(1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(25.18lgVR-42.47)]m/(4-3m)•16.025.18lgVR-42.47 -1)m)2.777V0.796 R(1+(1-μp- μ2p 1-μp- 2μ2p+ μpμs[16.0/(24.213lgVR-45.54)]m/(4-3m)•16.024.213lgVR-45.54 -1)m)2.777V0.796 R (4)
3. 工程案例分析
3.1 场地工程地质概况。
利用上述模型,对试验场地进行碎石桩复合地基加固效果评价。依据场地《岩土工程勘察报告》,场地地层简述如下:
(1)层粉土:黄褐色,含粉砂,夹粉质粘土或粉砂薄层,含少量姜石,稍湿~很湿,密实层厚4.7~5.6m,fk=60KPa。
(2)层粉细砂:灰褐色,石英长石质,含云母,混粒结构,亚圆形,湿~饱和,松散,层厚0.6~1.7m,fk=80KPa。
(3)层粉细土:灰褐色,含粉砂和粘性土,局部夹薄层粘土,湿,中密,层厚1.8~3.4m,fk=140KPa。
(4)层粉细砂:灰褐色,石英长石质,含云母,混粒结构,亚圆形,含粘性土,饱和,稍密,层厚0.8~3.6m,fk=140KPa。
3.2 静载荷试验结果分析。
首先通过单桩垂直静载荷试验和复合地基静载荷试验对试验场地的复合地基承载力进行检测,本场地共完成三个点的单桩复合地基静载荷试验,当荷载加至320KPa时,1#~3#点累计沉降量分别为12.54mm、10.20mm、16.26mm。依据JGJ79-91规范,1#~3#点按相对沉降法取值(s/b=0.005),复合地基承载力基本值为189KPa、210KPa、160KPa 。承载力设计值对应沉降量分别为3.62mm、2.82mm、4.96mm。复合地基承载力平均值为186KPa,极差为平均值的26.9%,由此确定该复合地基承载力标准值为186 KPa ,典型P~S曲线图见图2。
图2 典型P~S曲线图
3.3 瞬态瑞雷波法评价分析。
通过对该试验场地布设70个瞬态瑞雷波速测试点进行测试,各测试点瑞雷波速在119~162m/s 之间,平均波速为144m/s。典型频散曲线见图3。
图3 典型瑞雷面波频散曲线图
将70个瑞雷波速值带入利用瑞雷波速评价复合地基加固效果模型求出相应的复合地基承载力值,表1给出其中40个典型数据分析。经统计分析,利用瑞雷波速评价复合地基加固效果模型求得试验场地复合地基承载力平均值为188.6 ,标准差为2.7 ,与静载荷试验结果具有良好的一致性和可靠性。
4. 结论
由于瞬态瑞雷面波的频散特性,瑞雷波速VR与天然地基承载力、复合地基桩土应力比之间存在良好的相关关系。通过建立瑞雷波速VR与复合地基承载力值fc之间的相关关系模型,可以实现对复合地基进行快速有效的加固效果评价,通过工程实例将计算值与静载荷试验结果比对也验证了这种方法的可靠性。
参考文献
[1] 杨成林.瑞雷波勘探[M].北京:地质出版社,1993
[2] 耿光旭,赵刚.强夯地基检测的有效方法——瑞雷波法[J].勘察科学技术,2001,5
[3] 贺会团,张献民,陈涛.一种新的桩土应力比计算公式的建立[J].岩土工程界,2005,5
[文章编号]1006-7619(2010)07-01-613