CN102493422B - 一种用于土石混填地基压实质量的无损检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于土石混填地基压实质量的无损检测方法。其包括采集土石混填地基面波波速数据、计算土石混合料宏观剪切波速、计算土石混合料中细粒土剪切波速、计算土石混合料中细粒土的干密度进而得到表征压实度、根据表征压实度及表征压实度标准值推算出细粒土压实质量等阶段。本发明提供的用于土石混填地基压实质量的无损检测方法是通过测试细粒土的压实度来实现对土石混填地基压实质量的合理评价，其借助于剪切波、面波作为测试手段，不仅能够反映地基下部整体的压实情况，避免了传统检测方法测点代表性差的问题，而且检测精度高、速度快、成本低廉，对地基没有损坏，因此是一种能够适应土木工程现代化施工的检测技术，具有广阔的前景。

Description

一种用于土石混填地基压实质量的无损检测方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，特别是涉及一种用于土石混填地基压实质量的无损检测方法。

背景技术

由于土石混合料具有力学性能好、成本较低及便于就地取材等优点，因此目前已在高原、山区的公路、铁路、机场等大型基础设施建设的地基填筑中得到广泛应用。土石混填地基压实质量的好坏直接关系到地基的强度与稳定性，并且影响这些大型基础设施的使用寿命乃至运营安全，从而成为决定工程建设质量的关键因素之一。目前，用于土石混填地基压实质量的检测方法较多，常见的有密度法、抗力检测法和工程试验法三类。综合以上压实质量的检测方法来看，适用于细粒土压实度检测的密度法在用于土石混合料时，其最大干密度始终不能精确确定，且对于离散性较大的土石混合料来说，现场的小试坑取土难以代表整个土石混填路基的压实状况；虽然抗力检测法可以测定整体强度，并且能够克服现场取样点的代表性问题，但由于其受原地基的软弱程度影响较大，所以并不能够真实地反映出填料的压实状况，而且难以制定统一的压实标准，从而限制了其发展；试验工程法针对某一具体工程可以达到较好的效果，但受到人力、资金等因素的限制而难以大范围推广。因此，上述这些传统的地基压实质量检测方法均难以合理评价土石混填地基的压实质量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种检测精度高、原理简单且成本低廉的用于检测土石混填地基压实质量的无损检测方法。

为了达到上述目的，本发明提供的用于土石混填地基压实质量的无损检测方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)采集土石混填地基面波波速数据的S1阶段；

2)计算土石混合料宏观剪切波速的S2阶段；

3)计算土石混合料中细粒土剪切波速的S3阶段；

4)计算土石混合料中细粒土的干密度进而得到表征压实度的S4阶段；

5)根据表征压实度及表征压实度标准值推算出细粒土压实质量，进而得出土石混填地基压实质量合理评价的S5阶段。

在S5阶段中，所述的表征压实度标准值是基于土石混合料中细粒土所能达到的最大密实度所建立。

本发明提供的用于土石混填地基压实质量的无损检测方法是通过测试细粒土的压实度来实现对土石混填地基压实质量的合理评价，其借助于剪切波、面波作为测试手段，不仅能够反映地基下部整体的压实情况，避免了传统检测方法测点代表性差的问题，而且检测精度高、速度快、成本低廉，对地基没有损坏，因此是一种能够适应土木工程现代化施工的检测技术，具有广阔的前景。

附图说明

图1为本发明提供的用于检测土石混填地基压实质量的检测方法流程图。

图2为本发明提供的用于检测土石混填地基压实质量的检测方法中S1阶段操作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的用于检测土石混填地基压实质量的无损检测方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的用于检测土石混填地基压实质量的无损检测方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)采集土石混填地基面波波速数据的S1阶段：在此阶段中，如图2所示，在土石混填地基1的表面中部并行设置多排相隔距离排布的面波检波器2，同时在土石混填地基1的表面一侧选择多个分别与上述多排面波检波器2位于同一条直线的锤击点3、然后在锤击点3处采用锤击、落重或***激发的方式激振，并利用面波检波器2沿测线4对土石混填地基不同深度处的面波波速数据进行采集，得到土石混填地基目标深度内的面波波速信息；

2)计算土石混合料宏观剪切波速的S2阶段：在此阶段中，根据上述采集到的土石混填地基不同深度处的面波波速v_R及面波波速v_R与宏观剪切波速v_s之间的关系：

来计算出土石混合料的宏观剪切波速v_s，式中μ为土石混合料的泊松比，其中土石混合料的泊松比μ应由实验室土工试验确定。我们经过大量实验，给出三种典型土质的土石混合料泊松比μ的推荐计算公式：

砂土混合料：μ＝0.148n²-0.209n+5.546ω²-0.967ω+0.419

粉土混合料：μ＝0.045n²-0.143n+2.370ω²-0.052ω+0.364

粘土混合料：μ＝0.083n²-0.169n+1.784ω²-0.312ω+0.428

3)计算土石混合料中细粒土剪切波速的S3阶段：在此阶段中，对不同土样、不同石料的混合材料进行变含水率、变含石量的压实试验，目的是研究土石混合料宏观剪切波速v_s、细粒土剪切波速及石料剪切波速之间的相关关系，并建立起三者之间的相关性模型，由此实现从土石混合料宏观剪切波速到细粒土剪切波速的计算。根据实验室大量试验，细粒土剪切波速与土石混合料宏观剪切波速v_s的关系模型为：

$v_{s2}=f_3\left(\mathrm{\ω}\right){\left(\frac{v_s}{f_1(\mathrm{\ω},n)}\right)}^{\frac{f_4\left(\mathrm{\ω}\right)}{f_2(\mathrm{\ω},n)}}$

式中v_s2为细粒土的剪切波速，v_s为土石混合料的宏观剪切波速。f₁、f₂、为关于含水率ω和含石量n的二元函数，f₃、f₄为关于含水率ω的一元函数。函数的具体形式根据土石混合料中细粒土土质的不同会有不同，根据大量室内试验，推荐的三种典型土质的计算公式为：

砂土质混合料：

f₁(ω，n)＝38347e^0.0277n-63721ω²+11793ω-38602

f₂(ω，n)＝-5.17e^0.63n+209.68ω³-247.94ω²+43.74ω+6.87

f₃(ω)＝-8969ω²+861.34ω+324

f₄(ω)＝-110.19ω²+14.491ω+1.06

粉土质混合料：

f₁(ω，n)＝50843.34e^0.0196n-38350.2ω²+6388.28ω-50873.6

f₂(ω，n)＝2242.80e^-0.0006n+233.62ω³+41.77ω²-2.96ω-2240.9

f₃(ω)＝-19864ω²+2907.3ω+330.25

f₄(ω)＝-111.71ω²+17.16ω+0.436

粘土质混合料：

f₁(ω，n)＝14918e^0.0568n-15563.5ω²+2535.4ω-14507.3

f₂(ω，n)＝-0.955e^1.0134n-144.88ω³+52.42ω²-4.49ω+2.297

f₃(ω)＝-25884ω²+5013.2ω+475.02

f₄(ω)＝-49.13ω²+8.72ω+1.301

4)计算土石混合料中细粒土的干密度进而得到表征压实度的S4阶段：此阶段分为两个步骤，第一个步骤是计算土石混合料中细粒土的干密度；第二个步骤是计算土石混合料中细粒土的表征压实度。

在第一步骤中，首先通过室内试验建立起不同含水率下不同土质剪切波速与干密度的关系，经过大量试验，给出三种典型土质的干密度推荐计算公式：

砂土： ${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{-13{\mathrm{\ω}}^2+2.85\mathrm{\ω}+1.76}{1+\frac{1}{110.19{\mathrm{\ω}}^2-14.491\mathrm{\ω}-1.06}\ln \left(\frac{v_s}{-8969{\mathrm{\ω}}^2+861.34\mathrm{\ω}+324}\right)}---\left(1\right)$

粉土： ${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{-36{\mathrm{\ω}}^2+9.56\mathrm{\ω}+1.30}{1+\frac{1}{49.13{\mathrm{\ω}}^2-8.72\mathrm{\ω}-1.301}\ln \left(\frac{v_s}{-25884{\mathrm{\ω}}^2+5013.2\mathrm{\ω}+475.02}\right)}---\left(2\right)$

粘土： ${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{-40{\mathrm{\ω}}^2+8.84\mathrm{\ω}+1.45}{1+\frac{1}{111.71{\mathrm{\ω}}^2-17.16\mathrm{\ω}-0.436}\ln \left(\frac{v_s}{-19864{\mathrm{\ω}}^2+2907.3\mathrm{\ω}+330.25}\right)}---\left(3\right)$

式中ρ_d为土的干密度，ω为含水率，v_s为土的剪切波速。

具体计算举例如下：例如已知某粘土的含水率为14.5％，实测剪切波速为337m/s，求此时粘土的干密度：将ω＝14.5％，v_s＝337m/s代入(2)式算得ρ_d＝1.92g/cm³。

在第二步骤中，根据土工实验规范的要求首先在实验室标定出相应细粒土的最佳含水率及其对应的最大干密度，然后将上述第一步骤求出的干密度除以实验室做出的某种细粒土的最大干密度即得到该细粒土的表征压实度。

5)根据表征压实度及表征压实度标准值推算出细粒土压实质量，进而得出土石混填地基压实质量合理评价的S5阶段：将上述细粒土的表征压实度与‘表征压实度标准值’(由试验得到的当前土石混合料中细粒土所能达到的最大压实度)相比较而得到土石混合料中细粒土的压实质量状况，由此即可得出土石混填地基压实质量的合理评价。

在S5阶段中，所述的表征压实度标准值是基于土石混合料中细粒土所能达到的最大密实度所建立。

Claims (2)

1.一种用于土石混填地基压实质量的无损检测方法，其特征在于：所述的用于土石混填地基压实质量的无损检测方法包括按顺序进行的下列步骤：

1）采集土石混填地基面波波速数据的S1阶段；

2）计算土石混合料宏观剪切波速的S2阶段；在此阶段中，根据上述采集到的土石混填地基不同深度处的面波波速v_R及面波波速v_R与宏观剪切波速v_s之间的关系：

来计算出土石混合料的宏观剪切波速v_s，式中μ为土石混合料的泊松比，其中土石混合料的泊松比μ应由实验室土工试验确定；

3）计算土石混合料中细粒土剪切波速的S3阶段；根据实验室大量试验，细粒土剪切波速与土石混合料宏观剪切波速v_s的关系模型为：

$v_{s2}=f_3\left(\mathrm{\ω}\right){\left(\frac{v_s}{f_1(\mathrm{\ω},n)}\right)}^{\frac{f_4\left(\mathrm{\ω}\right)}{f_2(\mathrm{\ω},n)}}$

式中v_s2为细粒土的剪切波速，v_s为土石混合料的宏观剪切波速；f₁、f₂、为关于含水率ω和含石量n的二元函数，f₃、f₄为关于含水率ω的一元函数；根据大量室内试验，推荐的三种典型土质的计算公式为：

砂土质混合料：

f₁(ω,n)=38347e^0.0277n-63721ω²+11793ω-38602

f₂(ω,n)=-5.17e^0.63n+209.68ω³-247.94ω²+43.74ω+6.87

f₃(ω)=-8969ω²+861.34ω+324

f₄(ω)=-110.19ω²+14.491ω+1.06

粉土质混合料：

f₁(ω,n)=50843.34e^0.0196n-38350.2ω²+6388.28ω-50873.6

f₂(ω,n)=2242.80e^-0.0006n+233.62ω³+41.77ω²-2.96ω-2240.9

f₃(ω)=-19864ω²+2907.3ω+330.25

f₄(ω)=-111.71ω²+17.16ω+0.436

粘土质混合料：

f₁(ω,n)=14918e^0.0568n-15563.5ω²+2535.4ω-14507.3

f₂(ω,n)=-0.955e^1.0134n-144.88ω³+52.42ω²-4.49ω+2.297

f₃(ω)=-25884ω²+5013.2ω+475.02

f₄(ω)=-49.13ω²+8.72ω+1.301

4）计算土石混合料中细粒土的干密度进而得到表征压实度的S4阶段；此阶段分为两个步骤，第一个步骤是计算土石混合料中细粒土的干密度；第二个步骤是计算土石混合料中细粒土的表征压实度；

在第一步骤中，首先通过室内试验建立起不同含水率下不同土质剪切波速与干密度的关系，经过大量试验，给出三种典型土质的干密度推荐计算公式：

砂土： ${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{-13{\mathrm{\ω}}^2+2.85\mathrm{\ω}+1.76}{1+\frac{1}{110.19{\mathrm{\ω}}^2-14.491\mathrm{\ω}-1.06}\ln \left(\frac{v_s}{-8969{\mathrm{\ω}}^2+861.34\mathrm{\ω}+324}\right)}---\left(1\right)$

粉土： ${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{-36{\mathrm{\ω}}^2+9.56\mathrm{\ω}+1.30}{1+\frac{1}{49.13{\mathrm{\ω}}^2-8.72\mathrm{\ω}-1.301}\ln \left(\frac{v_s}{-25884{\mathrm{\ω}}^2+5013.2\mathrm{\ω}+475.02}\right)}---\left(2\right)$

粘土： ${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{-40{\mathrm{\ω}}^2+8.84\mathrm{\ω}+1.45}{1+\frac{1}{111.71{\mathrm{\ω}}^2-17.16\mathrm{\ω}-0.436}\ln \left(\frac{v_s}{-19864{\mathrm{\ω}}^2+2907.3\mathrm{\ω}+330.25}\right)}---\left(3\right)$

式中ρ_d为土的干密度，ω为含水率，v_s为土的剪切波速；

在第二步骤中，根据土工实验规范的要求首先在实验室标定出相应细粒土的最佳含水率及其对应的最大干密度，然后将上述第一步骤求出的干密度除以实验室做出的某种细粒土的最大干密度即得到该细粒土的表征压实度；

5)根据表征压实度及表征压实度标准值推算出细粒土压实质量，进而得出土石混填地基压实质量合理评价的S5阶段。

2.根据权利要求1所述的用于土石混填地基压实质量的无损检测方法，其特征在于：在S5阶段中，所述的表征压实度标准值是基于土石混合料中细粒土所能达到的最大密实度所建立。

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