多道瞬态瑞雷面波检测路基压实度方法研究论文_申耀伟

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摘要:目前对路基压实度的检测方法主要为地基系数K30、灌砂法、环刀法和动态变形模量Evd等,此类方法操作简单、试验快捷,然而检测深度有限、测点不连续,难以对路基压实度进行整体评价。利用瑞雷面波的频散和分层特性,采用连续布置测线和多道检波器排列滚动探查,可实现对路基本体压实度和路基基底异常的一次性、连续性和均匀性检测,工程应用效果突出。

关键词:多道瞬态瑞雷面波;路基填筑;压实度;检测

1、前言

地基系数K30和动态变形模量Evd试验是目前检测路基压实度最常用的方法,灌砂法和灌水法目前已较少采用,环刀法需要现场取样后在试验室完成测试工作,以上方法中选取检测断面和检测点有一定的随意性,且需根据路基回填进度进行分层逐断面检测,检测频次高,受现场工况条件和填料均匀性影响较大,因此需对检测数据的离散性进行分析,而且检测数据相互孤立,难以有效反映路基压实的连续性。

瞬态瑞雷面波方法有效的解决了该问题,通过物探测线的连续布置和多道检波器的滚动排列,实现了连续性检测,基于瑞雷面波的频散特性和波速特点,可有效定性分析路基的分层碾压和填筑效果,由于面波探测深度较深,不仅能对路基本体压实度进行有效检测,还可对基底异常进行反馈,同时受现场条件干扰较小,采集的数据信息量丰富,信噪比高,操作简单,数据解释简单直观,是路基压实度检测的新趋势。

2、检测原理

面波属于地震波的范畴,具有浅层信噪比高、能量大、衰减慢和主要在介质自由表面传播等突出特点。一般情况下,在均匀半空间弹性分层介质中,表面在受到震动时将产生横波(S波)、纵波(P波)和横波纵波干涉形成的面波(R波),因此,面波主要以椭圆形式在垂直平面内逆时针滚动传播,且面波能量占到单次瞬态激震能量的67%。

对于工程上常用路基填料而言,泊松比一般为0.4~0.49,故VR≈VS,因此可以通过横波波速求取面波波速,二者关系为:

4.2 现场测试

采用WZG-24A工程地震仪、4Hz检波器、2米间距电缆线和覆盖开关,激震系统为大锤和锤击板。偏移距5m,道间距1m、点距10m、采样间隔0.5ns、叠加次数2048。采用纵向布线连续测量的方式,由于是单线铁路,在路基中线布置1条测线,24道检波器接收,每个排列检测结束后,依次将前12道检波器向前滚动,固定偏移距滚动采集。

4.3 数据处理

1、回放野外采集记录,对非正常道进行处理,数据格式转换。

2、按照测线对记录进行组合,并建立观测系统。

3、按照共中心点(CMP)抽道集,或者按共炮点记录集合。

4、对各个道集记录进行τ-p变换,在F-V域拾取相速度曲线。

5、按测线对频散曲线模型初始化,非线性最小二乘法进行反演得到面波层速度。

6、绘制出各个测点频散曲线成果图,绘制整条测线的波速剖面图。

4.4 成果解释

瑞雷面波宜用于整体、宏观和连续的评价,不宜用单个、孤立测点的探查结果进行评价,其用于路基压实度检测主要利用频散曲线和速度剖面特点,借助单点面波频散曲线的曲线形态和速度值,对该点的纵深方向面波速度分析、有无低速段,进而了解该点纵深方向路基填筑有无松散等不良体,当频散曲线形态光滑、无回折、离散等则表示该点路基纵深方向填筑质量无软弱段(层),质量合格;利用面波速度剖面的面波分布状况,可了解面波在测线方向的变化情况,有无相对低速段,在填筑结构相同时,当面波速度分布不均,则认为路基填筑相对松散;当面波速度分布均匀,则认为填筑密实。

路基填筑深度范围内,瑞雷波速度值在240-480m/s范围内,说明整体压实度很好,但局部存在低速异常区,红色虚线部分(XDK7+902-XDK7+ 912深度0-1.5m、XDK7+980-XDK8+000深度0-1.5m、XDK8+040-XDK8+ 060深度0-2.5m)为路基填筑中的低速异常区,表明密实度较差,黄色点划线部分(XDK7+920-XDK7+940深度至15m、XDK7+983-XDK8+017深度至15m、XDK8+050-XDK8+062深度至15m)为路基基底相对低速区域,主要为基岩起伏形成,反映了基岩和土体的速度差异。路基填筑深度范围内,瑞雷波速度值在260-460m/s范围内,速度值较大,沿测线(水平)方向,速度分布比较均匀,纵深向速度逐渐变大,分布也比较均匀,没有发现明显的低速度的区域,说明路基填料均匀、压实均匀、压实度较好,符合设计要求,底部低速区为深部岩溶反映。

5、结论

1、多道瞬态面波的方法特性与路基的工程特性、检测需求相吻合,可建立地基系数K30、动态变形模量Evd和动力触探的相关关系,从而为定性和定量分析提供了理论和实践依据。

2、通过开挖验证,低速异常区主要为填料不密实或存在孤石等,证明了面波波速异常区和路基填筑质量的对应关系,从而说明使用该方法检测路基压实度在工程上是可行的。

3、该方法具有探测深度大、分辨率高、连续性强、数据解译方便和成果展示直观等特点,同时在岩溶发育地区具有更为突出的优势,可在。

参考文献

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作者简介

申耀伟(1983-)男,河南驻马店人,工程师,中国地质大学(武汉)地球探测与信息技术专业博士研究生在读。

论文作者:申耀伟

论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期

论文发表时间:2017/8/9

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