路基压实度的瞬态瑞雷波检测法

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1、2003年10月河北工业大学学报October2003V61.32文童编号:1007-2373(2003)05-0027-04路基压实度的瞬态瑞雷波检测法李青山’，张献民’，李红英’(1.河北工业大学士木工程学院，天津300132;2石家庄市路桥投资管理中心，河北石家庄，050081)摘要:讨论了运用瞬态瑞雷面波进行路基压实度检测的墓本技术原理，通过室内试验，建立了瑞雷波速与压实度之间的关系模型，与常规检测方法比较表明，两者一致性较好，工程应用实例说明所得频散曲线很好的反映了路塞的压实情况.关键词:瑞雷波;压实度;关系模型;频散曲线中图分类号:TU198.2文献标识码:A0前言在公路施工中

2、，路基的压实度是土方路基施工中质量控制的主要指标之一，坚固、稳定的路基是保证路面强度和稳定性的先决条件.压实度即现场检查测得的土基干密度P与室内求得的最大干密度P。之比，用K表示K=会·100%(，，压实度的传统检测方法是环刀法或灌砂法，根据规程随机取点，再进行室内分析处理.然而，这种常规方法存在一定的局限性:首先，检测点是按一定距离随机选取的，因而检测结果往往缺乏代表性;同时由于检测点的密度稀，有些局部压实度达不到标准的不良路段很容易漏检，给以后的公路施工及使用埋下了隐患;另外，常规的检测方法劳动强度大、速度慢，并且对路基造成破损，用灌砂法检测压实度，一个测点至少要30min以上才能完成

3、.随着我国公路事业的飞速发展，对路基压实度的传统检测方法已经不能满足当今的需要，研究新型路面无损检测设备和技术手段具有重要的意义.瑞雷面波测试技术是一种无破损、高速快捷的检测新技术，可较好的完成对路基压实度的快速检测.瞬态瑞雷波检测的基本技术原理利用瑞雷波法测试路基的压实度，主要利用其两种特性.一是在分层介质中瑞雷波速度的颇散特性;二是瑞雷波传播速度与介质密度的相关性.前者可根据实测频散曲线划分层位，并计算出各层的速度值.后者则是用已求得的各层瑞雷波速度值，与密度值的相关关系计算各层的压实度.对于均匀的弹性半空间分层介质，其结构表面受到瞬态冲击作用时，将产生瞬态振动，振动组分中包括纵波、横

4、波和瑞雷波.在一次冲击产生的波能中，瑞雷波占67%，即从一个振源向一个半无限介质表面辐射的总能量的寻形成瑞雷型表面波，而纵波和横波只占有少量能量.设简谐激振力频率为f，传播速度为，则波长“一-fv·理论研究表明，在瑞雷波传播过程中，收稿日期:2002-12-17作者简介:李青山(1977-)，男(汉族)，硕士牛万方数据河北工业大学学报2003年第5期其能量大部分约集中在AR深度范围内.改变简谐激振力的频率f，也就改变了瑞雷波的波长和穿透深度.这样，简谐激振力的频率由高向低变化，分别测试出各个频率的瑞雷波传播速度，就实现了由浅向深的探测，进而进行层位划分和计算各层的VR值.介质的含水量对纵波

5、速度V的影响较大，而水并不传递剪切波，在弹性理论中，介质密度P与横波速度V的关系如下:。一P(2)式中:Vs为剪切波速度(m/s);G为剪切模量(MPa)P为密度(kg/m').瑞雷波的传播速度VR与路面各分层介质的剪切波速V有近似关系，即:V=旦.82士)JZu-v(3)1+pP为地层的泊松比.第4系的地层的泊松比为0.4-0.49，因此对于路基常用土体，可以认为瑞雷波的速度与剪切波速相等，误差只有5%左右.2瑞雷波速与压实度关系模型的建立鉴于瑞雷波的频散特性，可以建立瑞雷波速与土介质密度的关系模型，分别对高液限粘土、低液限粉土、粉质粘土进行了室内试验，对各种土样按不同的压实度用静压法进

6、行了试件成型，测得每组试件的剪切波速.通过测量结果，对两者之间的关系模型，可以采用下面4种数学模型进行回归分析.表1某粘土不同压实度的波速值(4)p=a+b匕试件压实度试件干密度剪切波速值(5)p=a+blg脸(%)(沙m')c些100肚(6)1"94p=ae`姑花(7)P=a岭90价:::::85豹其中，a,b为待定系数.80482257.2045表1为某粘土路基不同压实度对应的波速值，用以上四种模型进行回归分析，选取p=aVRI为最佳模型.图1为朋两者的关系曲线，数学回归模型为80︵泊p=0.102岭‘，，.(8)?加JA0相关系数y=0.973，相关性比较好.将(8)式代入(1)得、

7、d20加K-1=「V}。‘，，’(9)tVRO)2uu250300350400VR。为该土体最大干密度时的波速值，此时VR=348.34m/s.即V./(me')图2为某低液限粉土路基密度与瑞雷波速关系曲线，选某枯土路基密度与瑞雷波速关系曲线取的最佳回归模型为:200180︵日160p=0.9002e"o"''(10)，J140代入(1)得压实度/d120K=卫=eo003I(,-v,)(11)100poMuU02002