2.瞬态面波法检测砂砾料压实干密度.docVIP

工 程 物 探 信 息 2001年第1期 瞬态面波法检测砂砾料压实干密度研究 任 健 (水利部陕西水电研究院 陕西咸阳) [摘 要] 堆石坝碾压施工中，压实干密度、相对密度是一项重要的施工质量监控指标。传统挖坑取样测试干密度的方法费力、费时、速度慢、费用高且数据代表性差等缺点。本文论述了多道瞬态面波法对黑河金盆水利枢纽坝壳砂砾料碾压遍数、铺料厚度、干密度等进行了检测研究。并通过研究成果证明是一种测试精度高、简便、快速无损检测新方法。 [关键词] 多道瞬态面波 原位无损检测 压实干密度 1 前言 在水利水电工程施工建设中，堆石大坝砂砾料碾压干密度是一项重要的施工质量控制指标。为了改进与完善传统的挖坑取样测试碾压干密度费力、费时、费用高等诸多缺点，本文以全国同类坝型中目前最高的西安市黑河引水工程金盆水利枢纽，利用砂砾料作为坝壳堆石体的土石坝为例，应用具有世界领先水平的高新技术SWS多道瞬态面波法，对砂砾料现场碾压试验进行了检测分析与研究。其目的采用多道瞬态面波法检测出碾压砂砾料厚度与波速，并算出该层面波速度的加权平均值VR()；通过与挖坑取样试验资料对比，建立面波速度与干密度、相对密度相关关系；根据关系式与检测出碾压砂砾料面波速度加权值，求出干密度、相对密度，以达到对碾压施工质量进行控制与评估。 瞬态面波法检测压实干密度的方法技术 2.1 瞬态面波法检测压实干密度的理论依据 瑞利面波质点的振动轨迹在地表附近是以逆时针转动呈椭圆形轨迹传播。在均匀无限半空间弹性介质中，瑞利面波水平方向的位移U(Z)和垂直方向的位移W(Z)可由(1)式和(2)式表示： ω—角速度(rad)； L—波长； Z—深度(向下为正方向)； 设泊松比为δ，VR与VP、Vs之间有下列关系： 式中：VP——纵波速度；VS——横波速度； VR—瑞利面波速度；ρ—一密度； G———剪切模量；δ---泊松比； E---杨氏模量；λ—拉梅常数。 Vp、VS都是与介质的泊松比、密度、杨氏模量、剪切模量等有关，同理，由(3)、(4)式可见瑞利面波速度VR，也同VP、VS一样，可由介质的泊松比、密度、杨氏模量等力学参数来确定。由此可知瑞利面波VR与介质的密度存在着一定关系。 上述结论是利用瞬态面波进行砂砾料压实干密度检测的理论依据。 2.2 瞬态面波法检测压实干密度基本原理与方法 2.2.1 瞬态面波法基本原理 瞬态面波法是岩土工程原位测试高新技术，其频散特性和在介质中的传播速度与砂砾料的物理力学性质有关。瞬态面波沿地表传播影响深度约为一个波长，同一波长的瞬态面波传播特性反映砂砾料在水平方向上的变化，不同波长的瞬态面波传播特性反映砂砾料在竖直方向上的变化。砂砾料介质在水平和竖直方向上存在着砾石含量等物性差异，这种差异将会引起瞬态面波在传播过程中产生频散和速度的变化。采集处理提取这种变化的差异性，进而可以检测砂砾料碾压厚度变化，并确定面波加权速度值，进而计算干密度等参数。 2.2.2 工作布置 检测点分别在0.8m、1.10m、1.40m三个不同厚度区与4、6、8、10遍四个不同碾压遍数，每—碾压遍数区做4个测点，每—个检测点都与挖坑取样点重合，编号一致。 2.2.3 观测系统、激发与接收的选择 检测点用多道排列(12道)固定偏移距的观测系统。道间距为0.3~1.0m。偏移距为0.5m～3.0 m，采用小锤垫上垫板，测线两侧锤击激振，40Hz、100Hz检波器接收。 2.2.4 仪器技术参数选择 采样率为0.25～0.5 ms，每道采样点数为512点、1024点，记录长度125 ms、250ms，滤波采用全通。 2.3 检测仪器与碾压设备 检测工作使用北京市水电物探研究所研制生产的SWS—IG型多波列数字图像工程勘探与工程检测仪。 碾压机具为美国英格索兰公司生产SD-175D型18吨自行式振动碾，采用前进后退法碾压，振动碾的行进速度为2.5km／h，振动频率为26.5～28.5Hz，振幅1.65 mm，激振力159～319kN。 3 瞬态面波检测资料处理解释与成果分析 3.1 资料处理与面波速度计算 3.1.1 对原始资料进行整理，并对各检测点瞬态面波记录进行频散曲线计算，然后对频散曲线进行正、反演拟合，人机联作解释碾压砂砾料厚度及VR值。 3.1.2 面波速度加权值