瑞利波探測在城市小區(qū)基礎(chǔ)壓實(shí)度和密實(shí)度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

文德寶 燕軻

【摘要】在城市淺地層環(huán)境變化后，自身發(fā)生不均勻沉降，會(huì)對(duì)地面上方的建筑物帶來重大安全隱患，其中建筑地基基礎(chǔ)壓實(shí)度是施工中質(zhì)量控制的主要指標(biāo)之一，壓實(shí)度傳統(tǒng)方法是通過檢測土基干密度ρ與室內(nèi)求得的最大干密度ρ0之比。目前瑞利波技術(shù)對(duì)路基壓實(shí)度檢測成為主流無損檢測技術(shù)，該方法快速高效，經(jīng)多年實(shí)踐總結(jié)，該方法與常規(guī)檢測手段檢測結(jié)果一致，對(duì)于不均勻沉降地區(qū)的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)具有較好指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】瑞利波;頻散分析;壓實(shí)度;密實(shí)度

1、前言

隨著時(shí)代發(fā)展，我國家城市建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，各種建筑體交縱錯(cuò)雜，很多工程在建設(shè)過程中出現(xiàn)相互干擾，相互影響。例如管線問題影響著各類工程建設(shè)，城市軌道建設(shè)對(duì)周圍建筑造成嚴(yán)重干擾，造成周圍建筑物不均勻沉降。如何采用準(zhǔn)確高效的勘測方法進(jìn)行不均勻沉降地區(qū)的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)是至關(guān)重要的。

瞬態(tài)瑞利波探測技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)工程物探技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是檢測速度快、效率高，檢測深度可達(dá)15m以上。目前瑞利波技術(shù)對(duì)路基壓實(shí)度檢測成為主流無損檢測技術(shù)，經(jīng)多年實(shí)踐總結(jié)，該方法與常規(guī)檢測手段檢測結(jié)果一致[1]。

2、瑞利波探測技術(shù)

2.1工作原理

利用瑞利波法測試路基的壓實(shí)度，主要利用其兩種特性：一是利用分層介質(zhì)中瑞利波速度的頻散特性劃分層位，并計(jì)算出各層的瑞利波速度值;二是利用瑞利波傳播速度與介質(zhì)密度的相關(guān)性即用已求得的各層瑞利波速度值與密度值的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算各層的壓實(shí)度[2][3]。

2.2瑞利波與壓實(shí)關(guān)系

鑒于瑞利波的頻散特征，可以建立瑞利波速與介質(zhì)密度的關(guān)系模型：

式中Vp，VR分別為縱波速度、瑞利波波速;E，G分別為彈性模量、剪切模量;σ為泊松比;ρ為密度。

通過對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)做頻散曲線，對(duì)密度與波速的做回歸分析，得出壓實(shí)度與瑞利波速等級(jí)關(guān)系表，如下表1 壓實(shí)度與瑞利波速等級(jí)關(guān)系表。

2.3規(guī)范定義的密實(shí)度

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)（ N）和剪切波（Vs ），存在一些定量關(guān)系，定量公式由Imai and Tonouchi （1982）提出，關(guān)系式定義如下：

Log10（Vs）=0.314*Log10（N）+97（m/s）

3、瑞利波探測技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1工作方案

本次工作采用Geode輕便地震采集系統(tǒng)在待測小區(qū)內(nèi)零星布置測點(diǎn)6個(gè)波速測試點(diǎn)（圖1），平面布置如下圖1。

3.2 探測成果分析

以1#瑞利波勘探點(diǎn)為例進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析如下：

對(duì)原始面波記錄（圖2）進(jìn)行頻散分析得到的結(jié)果如圖3所示的頻散曲線。由圖可知，優(yōu)勢面波頻率主要集中在13-38Hz，該點(diǎn)處相速度范圍大約在160-200m/s。并對(duì)該點(diǎn)地質(zhì)建模反演，該點(diǎn)處剪切波速度范圍大約在140-200m/s（圖4所示）。

0～0.4m：剪切波速189m/s，縱波波速378m/s，換算的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)8次，參考表1結(jié)果，從剪切波波速評(píng)價(jià)壓實(shí)度80～85%，壓實(shí)度等級(jí)為次;參考《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》根據(jù)換算的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)評(píng)價(jià)密實(shí)度為松散。綜合評(píng)價(jià)壓實(shí)度屬次級(jí)。

0.4～1.7m：剪切波速195m/s，縱波波速390m/s，換算的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)9次，評(píng)價(jià)方法同上所述，壓實(shí)度80～85%，壓實(shí)度等級(jí)為次;密實(shí)度為松散。綜合評(píng)價(jià)壓實(shí)度屬次級(jí)。

1.7～4.3m：剪切波速156m/s，縱波波速1463m/s，換算的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)5次，壓實(shí)度<80%，壓實(shí)度等級(jí)為差;密實(shí)度為松散。綜合評(píng)價(jià)壓實(shí)度屬差級(jí)。

結(jié)語：

在城市小區(qū)中對(duì)于常見的沉降問題，瑞利波探測法可以對(duì)地下地層進(jìn)行較為精準(zhǔn)的波速分層，并通過相關(guān)規(guī)范公式推算進(jìn)一步得出剪切波波速、縱波波速、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，從而獲得較為重要的土層密實(shí)度以及壓實(shí)度等參數(shù)，對(duì)于城市小區(qū)、道路等出現(xiàn)的沉降問題，具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

潘冬明.瑞雷面波頻散分析與應(yīng)用[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2009.

劉強(qiáng).基于瑞雷波理論的公路無損檢測方法研究[D].長安大學(xué)，2010.

馬磊.瑞雷波測試技術(shù)在機(jī)場土石方工程中的應(yīng)用研究[D].貴州大學(xué)，2008.