【2019年整理】瑞雷面波法評價公路路基質(zhì)量

1、瑞雷面波法評價公路路基質(zhì)量 摘 要：工程地震勘探中的新方法一一瑞雷面波法可以獲得面波速度并換算岀橫波波速、密度及彈性模量等參數(shù)。測試方法 簡便、快速，可以進(jìn)行原位無破損、連續(xù)大面積測量。在公路路基質(zhì)量評價中，取得了較好的效果。 關(guān)鍵詞瑞雷面波；路基質(zhì)量檢測 路基是公路的最基本組成部分之一，公路路基的堅實穩(wěn)定是保證路面強度和穩(wěn)定的先決條件。路基的質(zhì)量必須進(jìn)行檢測，在諸多檢 測指標(biāo)中，路基壓實度的檢測是重要項目之一。路基壓實度的檢測一般采用密度法，在每200m范圍內(nèi)每層檢測4點。 1瑞雷波法檢測路基強度的基本原理 1.1 瑞雷波的基本性質(zhì) 瑞雷面波存在于地表面附近，沿地表面?zhèn)鞑?，其穿透深度約相當(dāng)于

2、它的波長。頻率越高的波穿透深度越小，可以利用高頻 波探測淺部地層；用低頻波探測深部地層。在震源激發(fā)的能量中，約有三分之二的能量轉(zhuǎn)換為面波，且衰減速度比縱波和橫波慢。 面波的振幅隨著距離增大，以 1/的規(guī)律衰減，因此在遠(yuǎn)離震源處，面波還有較大的振幅。瑞雷面波在分層介質(zhì)中，具有頻散特 性。利用這種性質(zhì)，可以根據(jù)頻散曲線劃分層位，求岀各層速度。另外，瑞雷波的波速與介質(zhì)的密度緊密相關(guān)，波速隨介質(zhì)密度增 大而增加。因此可以利用波速與密度的相關(guān)性計算密度。 1.2 瑞雷波檢測路基壓實度的原理 路基的壓實度是土方路基的重要的質(zhì)量指標(biāo)，壓實度用K表示： 式中：K(g/cm3)0 一標(biāo)準(zhǔn)擊實驗?zāi)苓_(dá)到的最大密度。

3、 瑞雷面波波速與密度的關(guān)系如下式： 式中：VR -瑞雷波速度，m/s ; G-期宜曉逼,:-密度，kg/m3由于剪切模量的增大速度比密度快得多，所以密度增大的 同時波速也會增大。一般彈性波波速與密度的相關(guān)關(guān)系式可表示為： (3)式中a和b為相關(guān)系數(shù)，由此，壓實度可以表示為: (4)式中：VR -路基壓實后實測的波速值；VR0-怎確帝祗黎 0對應(yīng)的波速值。根據(jù)這一關(guān)系式可知，介質(zhì)密度增大面波速度也 隨之增大。因此，在一定條件下，可以直接用面波速度檢測介質(zhì)的密度。 利用瑞雷波速度還可由公式計算岀橫波速度，進(jìn)一步得到動彈性模量。計算過程如下： VR/0.93(VR250m/s) 橫波速度Vs的計算：

4、Vs=VR/0.94(150VR VR/0.95(VR250m/sl比v=0.32，當(dāng) VR2 50m/s 時， v=0.38。 2路基質(zhì)量檢測實例 桂林東環(huán)路一些路段已岀現(xiàn)網(wǎng)裂、下沉、坑洼和翻漿等現(xiàn)象。有些路面破損嚴(yán)重，為了了解路基情況，為進(jìn)一步的修建工 作提供資料，采用瑞雷面波法評價路基質(zhì)量，要求探測路面以下2m以內(nèi)是否有軟弱層（低速介質(zhì)）存在、并提供路面下 0.41. 1、1.11.8m 及1.82.5m 各段的彈性模量。 2.1 野外工作技術(shù)及測線的布置 瑞雷波測量采用SWS-1G型多功能面波儀。12道檢波器接收，道間距Im，偏移距2m檢波器頻率為4Hz，以錘擊為震源 測線布置在公路中

5、心線兩側(cè)3m處，即2測線距離6m同一測線上測點間距為 20m相鄰測線的測點交錯布置。這樣，在公路中心 部位每10m內(nèi)有1個檢測點。 2.2 測區(qū)工程地質(zhì)條件 場地處于漓江二級階地。場地自上而下的地層有填方土、耕作土、砂卵石、灰?guī)r。地下砂卵石層為富水層，若地下灰?guī)r中 有破碎帶或溶洞，隨季節(jié)性地下水強烈運動，反復(fù)浸泡掏空淺部土壤層，會形成疏松層或土洞，嚴(yán)重時會形成塌陷。 2.3 頻散曲線特征分析 對測量的波形記錄進(jìn)行處理，得到瑞雷波VR-H頻散曲線。根據(jù)實測頻散曲線 VR隨深度的變化可以劃分出不同的速度層，也可以說 是土壤的密度分層。測量區(qū)段內(nèi)路面大都岀現(xiàn)了不同程度的破損，這與路基有直接關(guān)系。路基

6、的狀態(tài)大致有如下幾種情況。 a 從圖1a可知路面下2.5m深度范圍內(nèi)介質(zhì)較均勻，波速約200m/s，這種曲線說明此段路基的填方壓實層已不存在，土層含水較均 勻。 圖lb顯示出有低速層存在，在 0.44m范圍內(nèi)，波速約160200m/s，這說明路基含水量大或較疏松，這種情況的路基已不 能支撐車輛及路面的壓力，路面破損最為嚴(yán)重；從圖1c可以看到低速層在 0.71.5m范圍內(nèi)，原有的填方壓實路基只有30cm左 右。圖1d的填方壓實層厚度僅接近Im，在深度2m以下，波速已降到180m/s。以上幾種情況都說明路基存在缺陷，在這樣的基礎(chǔ) 上，路面必然出現(xiàn)相應(yīng)的破損。 圖 2合格路基的頻散曲線 在路面完好處

7、測得的頻散曲線。圖2a反映了路基介質(zhì)較均勻，除在1.3m處稍低外，在2.5m深度范圍內(nèi)平均波速約 230m/s。圖2b 顯示在距離地面3m內(nèi)分為3層，各層面波速度依次為230m/s，240m/s，260m/s。這說明路基面波速度隨深度逐漸增大，路基承載 力較高，這種頻散曲線表明路基質(zhì)量較好，所以路面保持堅實穩(wěn)定。 根據(jù)觀測的瑞雷波速度來計算橫波速度，而橫波速度的大小直接反映了地層的“軟”、“硬”程度，并且與介質(zhì)的物理力 學(xué)參數(shù)密切相關(guān)，路基質(zhì)量評價中直接采用面波速度和橫波速度為標(biāo)準(zhǔn)，采用面波VR0=230m/s為質(zhì)量合格與否的標(biāo)準(zhǔn)，與之相應(yīng) 的橫波速度大于240m/s為質(zhì)量較好，小于240m/

8、s為較差；用面波速度直接評價路基，當(dāng)面波速度大于230m/s為較好，200225m/ s為較差，低于200m/s為很差。圖3c是一測量路段0.4l.lm , 1.11.8m，1.82.5m三段深度內(nèi)分別取其瑞雷波平均速度VR1 V R2 VR3作速度分布剖面圖，從圖可明顯看出路基軟弱部位。 根據(jù)式（6）計算了動彈性模量，從實測的頻散曲線中，對 0.41.1m，1.11.8m，1.82.5m三段分別取其瑞雷波平均速度 VR1 VR2 VR3然后分別計算三段的動彈性模量 Ed1，Ed2，Ed3。部分路段數(shù)值如表1所示。另外計算出路面 2m以內(nèi)的橫波平均 速度（如圖3b所示），據(jù)此分析沿測線的橫向變化規(guī)律。如圖 3a所示