專(zhuān)利名稱(chēng)：一種評(píng)價(jià)復(fù)合地基的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程軟地基土加固效果的評(píng)價(jià)方法，特別是一種應(yīng)用穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法評(píng)價(jià)復(fù)合地基的方法，它同樣適用于工程地質(zhì)勘察和地震工程中各類(lèi)地基土的劃分及地基土動(dòng)力參數(shù)的確定。
近年來(lái)，隨著我國(guó)各項(xiàng)建設(shè)的不斷發(fā)展，大型廠房、高層建筑、動(dòng)力基礎(chǔ)日益增多，沿海和內(nèi)地軟土地區(qū)建廠任務(wù)不斷增加。對(duì)于軟地基土進(jìn)行加固，主要是通過(guò)振沖碎石樁法、擠密碎石樁法、強(qiáng)夯法、真空予壓法、深層攪拌法等手段進(jìn)行。軟地基土加固后的復(fù)合地基需要進(jìn)行容許承載力〔R〕、壓縮模量ES和砂土液化墊的評(píng)價(jià)。以往這些評(píng)價(jià)，多采取結(jié)合常規(guī)的鉆探進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探和靜載荷試驗(yàn)或靜力觸探等原位測(cè)試手段進(jìn)行。雖然這些方法對(duì)復(fù)合地基加固效果的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)是有效的，但是往往需要投入較多的人力和物力，有時(shí)尚需要對(duì)軟地基土加固前后進(jìn)行大量的重復(fù)性鉆探工作。另外，由于某些條件的限制有些試驗(yàn)難于進(jìn)行或者不易較多地進(jìn)行，例如，較深地層的靜載荷試驗(yàn)。因此，目前亟待提供一種只需在地表上進(jìn)行測(cè)試，即可評(píng)價(jià)復(fù)合地基的新方法。
在有關(guān)的測(cè)試方法中，美國(guó)人曾于六十年代初結(jié)合常規(guī)鉆探對(duì)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法進(jìn)行過(guò)初步探索;日本人從八十年代以來(lái)也在管道、洞穴探察、工程地質(zhì)勘察、地震工程和地基改良等方面進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法的應(yīng)用研究工作，但是在開(kāi)展對(duì)軟地基土的評(píng)價(jià)，尤其是復(fù)合地基的評(píng)價(jià)還未見(jiàn)記載。我國(guó)七十年代初，曾就穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法進(jìn)行過(guò)探討，其測(cè)試深度僅限于幾米之內(nèi)。因此還不能提供一種簡(jiǎn)便易行的、省時(shí)、省力、省物的評(píng)價(jià)軟地基土加固尤其是復(fù)合地基的方法。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種利用穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法評(píng)價(jià)復(fù)合地基的一種新方法，具有節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間短的特點(diǎn)，并且便于實(shí)施，評(píng)價(jià)資料可靠。
本發(fā)明的內(nèi)容作用于半無(wú)限空間表面的點(diǎn)震源，能產(chǎn)生縱波、橫波和瑞利波，其能量比為7∶26∶67。瑞利波速度與縱波和橫波的速度滿足下列關(guān)系VP＞VS＞VR……(1)( (VR)/(VS) )6-8( (VR)/(VS) )4+(24-16 (V2S)/(V2P) )( (VR)/(VS) )2-16(1- (V2S)/(V2P) )=0式中VR為瑞利波速度 m/SVS為橫波速度 m/SVP為縱波速度 m/S可以證明在0＜VR＜VS范圍內(nèi)，方程(2)至少有一個(gè)實(shí)數(shù)解，因此瑞利波在半無(wú)限空間表面總是存在的。
當(dāng) (VS)/(VP) = 1/2 ～ 1/3 ～0即泊桑比μ＝0～0.25～0.5時(shí)，
VR＝(0.875～0.920～0.955)·VS……(3)在半無(wú)限空間中，瑞利波傳播深度大約為一個(gè)波長(zhǎng)，在該深度范圍內(nèi)集中了瑞利波的大部分能量，而且介質(zhì)的平均性質(zhì)與瑞利波傳播深度為半個(gè)波長(zhǎng)處的介質(zhì)性質(zhì)相近。
在半無(wú)限空間表面穩(wěn)態(tài)震源垂直振動(dòng)時(shí)，能產(chǎn)生豐富的瑞利波，因此在地表面穩(wěn)態(tài)震源的同一側(cè)設(shè)置兩個(gè)垂直傳感器，就能分別記錄到瑞利波的垂直分量。當(dāng)穩(wěn)態(tài)震源為正弦波時(shí)，傳感器所處位置垂直變形隨時(shí)間變化的曲線分別用下式表示Z1(t)＝A1Sin(ωt+φ1)……(4)Z2(t)＝A2Sin(ωt+φ2)……(5)由(4)、(5)式可求出VR= (ωS)/(｜△φ｜) ……(6)式中VR為地基土的瑞利波速度 m/sω為穩(wěn)態(tài)震源的振動(dòng)圓頻率rad/sS為兩個(gè)垂直傳感器之間的水平距離mΔφ為兩個(gè)垂直傳感器的振動(dòng)相位差rad因此從(6)式可以看出只要知道穩(wěn)態(tài)震源的振動(dòng)圓頻率ω和兩個(gè)垂直傳感器之間的水平距離S，并計(jì)算出它們振動(dòng)的相位差Δφ，就可以求出兩個(gè)垂直傳感器之間地基土的瑞利波速度VR。
穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波測(cè)試系統(tǒng)包括震源、記錄及數(shù)據(jù)分析三部分，整機(jī)系統(tǒng)可進(jìn)行模擬信號(hào)分析，也可根據(jù)用戶(hù)要求通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
瑞利波速度是反映某一頻率半波長(zhǎng)深度內(nèi)地層的平均物理特性的，因此可以采用平均速度來(lái)表示地層的物理力學(xué)性質(zhì)。改變起震機(jī)的振動(dòng)頻率，瑞利波的波長(zhǎng)也隨之改變。頻率增大，波長(zhǎng)變小，勘測(cè)深度變淺;頻率降低、波長(zhǎng)增大，勘測(cè)深度加深，因此通過(guò)改變穩(wěn)態(tài)震源的頻率ω，由上述公式(6)可以求出不同深度地基土的瑞利波速度，對(duì)不同地層和不同測(cè)定深度之間地層的瑞利波速度，可以通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算當(dāng)VRn＞VRn-1時(shí)，
當(dāng)VRn＜VRn-1時(shí)，
式中VRn為第n層地基土的瑞利波速度VRn，VRn-1分別為半波長(zhǎng)hn，hn-1的瑞利波速度。
有了地基土的瑞利波速度，就可以通過(guò)下列公式評(píng)價(jià)天然地基、復(fù)合地基及其軟土加固非復(fù)合地基的效果，即得出地基的容許承載力、壓縮模量粘性土VR＝7.77〔R〕0.5792……(9)VR＝50.38E0.5798S……(10)砂土VR＝12.23〔R〕0.5319……(11)VR＝35.20E0.6135S……(12)卵石、碎石(樁體)VR＝10.58〔R〕0.5768……(13)式中〔R〕為地基土的容許承載力KPaES為地基土的壓縮模量 MPa根據(jù)碎石樁體的面積和樁間土的面積，求得復(fù)合地基的容許承載力〔R〕復(fù)和壓縮模量ES復(fù)。
評(píng)價(jià)砂土類(lèi)復(fù)合地基(及天然砂土地基)的液化勢(shì)，采取下式VR＝ā(hs-0.4hw+5.8)0.4117……(14)式中ā為修正系數(shù)hs為地層深度hw為地下水埋深VR為地基土的液化臨界瑞利波速度按設(shè)計(jì)地震烈度選取修正系數(shù)α的值，當(dāng)設(shè)計(jì)地震烈度為7°、8°、9°時(shí)，ā分別為53、65、79來(lái)計(jì)算砂土液化臨界線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法測(cè)試與評(píng)價(jià)各類(lèi)地基土，其結(jié)果與常規(guī)的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性，尤其是評(píng)價(jià)碎石樁復(fù)合地基的效果，便于多點(diǎn)試驗(yàn)，可以分層提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，因此較靜載荷試驗(yàn)有顯著的優(yōu)越性。此方法只在地表進(jìn)行，和常規(guī)的靜載試驗(yàn)比較，花費(fèi)時(shí)間是后者的十分之一，所需工日是后者五十五分之一，耗資是后者的十四分之一，經(jīng)濟(jì)效益顯著，便于施測(cè)，評(píng)價(jià)資料可靠。


圖1是穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波測(cè)試系統(tǒng)框圖。
實(shí)施例穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波測(cè)試系統(tǒng)參見(jiàn)圖1，震源部分由CS46-2型離心式起震機(jī)、Z-32直流電機(jī)和JZ1直流調(diào)速器組成，可產(chǎn)生0～60赫芝的垂直或水平正弦振動(dòng)信號(hào)，擾力與頻率的平方成正比，最大擾力為50KN;記錄部分由65型拾震器、67-1微震放大器、GZ2放大器、RSM-080數(shù)字記錄儀和SC16光線示波器組成?？捎涗?～10000赫芝的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)信號(hào);數(shù)據(jù)分析部分由計(jì)算機(jī)、磁盤(pán)機(jī)、四色打印繪圖機(jī)組成，它通過(guò)高速A/D轉(zhuǎn)換裝置，自動(dòng)完成記錄的存儲(chǔ)分析和繪圖。測(cè)試系統(tǒng)整機(jī)頻率范圍1～60赫芝，測(cè)定深度1～50米。
評(píng)價(jià)碎石樁復(fù)合地基，先通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)出樁體與樁間土各自的瑞利波速度VR，然后根據(jù)樁間土的巖性，采用上述相應(yīng)的瑞利波速度VR與物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系式計(jì)算出樁間土的容許承載力〔R土〕和壓縮模量ES土，以及計(jì)算出樁體的容許承載力〔R柱〕和壓縮模量ES樁，按照下述公式計(jì)算復(fù)合地基的容許承載力P復(fù)和壓縮模量ES復(fù)P復(fù)＝ (［R樁］ · S樁＋［R±］·S±)/(S樁＋S)Es復(fù)＝ (Es復(fù)·S樁＋Es±·S±)/(S樁＋S±)式中〔R樁〕、〔R土〕分別為碎石樁和樁間土的容許承載力，S樁、S土分別為碎石樁和樁間土的面積。
評(píng)價(jià)天然地基或軟土加固非復(fù)合地基，要通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)出地基土的瑞利波速度VR，然后根據(jù)地基土的巖性，采用上述相應(yīng)的瑞利波速度VR與物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系式來(lái)完成。
對(duì)于砂土類(lèi)復(fù)合地基(包括天然砂土地基)的液化勢(shì)評(píng)價(jià)在測(cè)得VR后，并測(cè)得地層的深度及地下水埋深，采用下式VR＝ā(hs-0.4hw+5.8)0.4117按設(shè)計(jì)地震烈度選取修正系數(shù)ā的值，當(dāng)設(shè)計(jì)地震烈度為7°、8°、9°時(shí)，ā分別為53、65、79米計(jì)算砂土液化臨界線。式中hs為地層深度，hw為地下水埋深。
利用現(xiàn)有技術(shù)測(cè)得地基土橫波速度VS的情況下，可采用VR＝(0.920～0.955)VS得到地基土的瑞利波速度VR，然后進(jìn)行上述的計(jì)算。
本發(fā)明研究的方法可應(yīng)用于軟地基土加固效果的檢驗(yàn)，尤其是碎石樁復(fù)合地基的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，也同樣適用于工程勘察、動(dòng)力基礎(chǔ)和高層建筑地基土動(dòng)參數(shù)測(cè)定以及城市抗震防災(zāi)中的地震小區(qū)劃分等方面。其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。一九八八年三～四月對(duì)秦皇島市電業(yè)大廈高層建筑振沖碎石樁加固地基的檢驗(yàn)，分別采用了靜載荷試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法試驗(yàn)，其中靜載荷試驗(yàn)所用時(shí)間近2個(gè)月，參加人員10人，雇用臨時(shí)工約400個(gè)工日，耗資2萬(wàn)5千余元，提供了一處深度為5米以下的試驗(yàn)數(shù)據(jù);而采用穩(wěn)態(tài)振動(dòng)瑞利波法所花時(shí)間6天，參加人員3人，耗資1800元，提供了十處從地表到8米的各層地基土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并給出了砂土液化勢(shì)判定散點(diǎn)圖，值得指出的是前者的評(píng)價(jià)僅代表一點(diǎn)，而后者的評(píng)價(jià)代表一定的空間。因此說(shuō)采用瑞利波法能對(duì)地基土進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，這是常規(guī)的靜載荷試驗(yàn)所不能比擬的。
參考文獻(xiàn)①F.E.小理查特等《土與基礎(chǔ)的振動(dòng)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，中譯本，1976年。
②W.伊文等《層狀介質(zhì)中的彈性波》科學(xué)出版社，中譯本1966年。
權(quán)利要求
1.一種評(píng)價(jià)復(fù)合地基的方法，在被測(cè)地基土表面設(shè)置能產(chǎn)生瑞利波的穩(wěn)態(tài)震源，并在其同一側(cè)設(shè)置兩個(gè)垂直傳感器，利用有關(guān)的記錄，分析系統(tǒng)進(jìn)行記錄分析，其特征在于通過(guò)改變穩(wěn)態(tài)震源的頻率ω，給定兩個(gè)垂直傳感器之間的距離S，并計(jì)算出兩個(gè)垂直傳感器振動(dòng)的相位差Δψ，由關(guān)系式VR= (W·S)/(｜△φ｜) 求出不同深度地基土的瑞利波速度VR，然后由下述公式給出構(gòu)成復(fù)合地基的樁體和樁間土的容許承載力[R]及壓縮模量ES粘性土VR=7.77[R]0.5792VR=50.38ES0.5798砂土VR=12.23[R]0.5319VR=35.20ES0.6135碎石、卵石(樁體)VR=10.58[R]0.5768根據(jù)碎石樁體和樁間土的面積，求出復(fù)合地基容許承載力[R復(fù)]和壓縮模量ES復(fù)；評(píng)價(jià)復(fù)合地基砂土液化勢(shì)，采用下式VR=α(hs-0.4hw+5.8)0.4117按設(shè)計(jì)地震烈度選取修正系數(shù)α的值，當(dāng)設(shè)計(jì)地震烈度為7°、8°、9°時(shí)，α分別為53、65、79來(lái)計(jì)算砂土液化臨界線，式中hs為地層深度，hw為地下水埋深，VR為地基土的液化臨界瑞利波速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于此方法同樣適用于天然地基和軟土加固非復(fù)合地基的評(píng)價(jià)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于各類(lèi)地基土的瑞利波速度VR可以根據(jù)已知的橫波速度VS由公式VR＝(0.920～0.955)VS計(jì)算得出。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種評(píng)價(jià)各類(lèi)地基土，特別是復(fù)合地基的新方法。在被測(cè)地基土表面設(shè)置能產(chǎn)生瑞利波的震源，同測(cè)設(shè)置兩個(gè)垂直傳感器和有關(guān)的記錄分析系統(tǒng)，通過(guò)改變穩(wěn)態(tài)震源的頻率得出不同深度地基土的瑞利波速度，根據(jù)所建立的瑞利波速度與物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系式，評(píng)價(jià)地基土的各項(xiàng)指標(biāo)及砂土液化勢(shì)。本發(fā)明提出的方法與常規(guī)的靜載荷試驗(yàn)比較，具有節(jié)省人力、物力、財(cái)力，花費(fèi)時(shí)間大大縮短，評(píng)價(jià)資料可靠的特點(diǎn)，有相當(dāng)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)E02D1/02GK1047734SQ89105089
公開(kāi)日1990年12月12日 申請(qǐng)日期1989年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月31日
發(fā)明者張寶山, 胡景坤 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部沈陽(yáng)勘察研究院