建筑地基检测与评价中的瑞丽波技术分析

　　一、瑞丽波技术在实际工程中的应用

 

　　瑞丽波技术在实际工程中得到越来越多的应用，但是还只是定性地对地基土进行评价，而不能定量地给出地基土特性，如抗剪强度的大小，圃结度的大小等。这样，影响了该方法的应用，因此，有必要从理论上寻找瑞丽波速度跟强度或者固结度的关系式。在此背景下，本文寻找适合于软粘土地基的剪切波速度跟抗剪强度的关系式，该关系式是建立在土的非线性弹性模型和土的莫尔一库仑强度理论的基础上的。该关系式简单，只需确定少量的软粘土的参数。就可以利用波速法定量地确定地基的抗剪强度。为工程瑞丽波法评价地基土特性的应用提供更为适用的强度参数。

 

　　1、 土介质中的波土是由气、液、固三相组成的

 

　　由于其非均匀性、各向异性、层状分布等特点，因此土介质中波的传播比均质弹性体中波的传播要复杂的多，研究土介质中波的传播特性是土动力学的基础研究。各向同性弹性体中存在两种体波：压缩波（P波）和剪切波（S波），其波体的传播速度与振动频率和波的传播方向无关；横观各向同性弹性体中也存在两种体波：P波和s波，其波体的传播速度与振动频率无关，但跟振动方向有关；饱和土中存在三种体波：压缩波Pl和P2以及剪切波S。弹性半空间的界面附近存在一种表面波，它是由于自由边界的作用，由P波和S波相干涉而产生的一种表面波。瑞丽（Rayleig}l，1885）首次研究了这种波，因此把这种表面波通称为瑞丽波。

 

　　由于瑞丽波占总输入能量的三分之二以上以及瑞丽丽波在成层地基中的弥散特性，近年来，发展了一种表面波法（SASW法SpectrumAnalysisofSurfaceWave），即为表面波频谱分析法。它借助于数字分析处理技术，如快速富氏变换等反分析地基的剪切波速度。从而可以利用剪切波速度演算出场地的物理力学参数。早在1960年，F.E.Richart在基础振动的研究中就指出，弹性波在土体中的传播这门学科在土木工程中有着重要作用。他指出只要知道地基的剪切模量和泊松比.就可以用置于半无限弹性空间中的振荡器的解析解来反映受振动荷载作用的基础的动力特性。这些弹性常量可以由所测的弹性波速度计算得来。

 

　　2、瑞丽波技术的工程应用

 

　　瑞丽波技术的工程应用地基土的剪切波速度测试有室内试验：动三轴试验、振动剪切试验、共振柱试验、振动台试验、离心模型试验等；以及室外试验：跨孔法、速度检层法、面波法等。对于室内试验，由于土样受到扰动，应力状态发生改变以及取样代表性差的缘故，不能真实的反映现场地基的状况；原位试验能够较真实的反映地基土的受力状态，但是传统的跨孔法，速度检层法等现场测试方法，由于需要在地层中钻孔，工期长，费用高，很难进行大面积检测。此外，信号易受干扰，且设备昂贵，难以普遍应用和满足精度要求。瑞丽波法是一种无损检测方法，可以同时检测多层介质中各层材料的厚度和性质，速度和精度方面都优于其他方法。用表面波法测试场地剪切波速度剖面，不需钻孔，具有节省费用、可靠性好等优点，因此在岩土工程界和地震工程界得到广泛的应用，主要有以下几个方面的应用：

 

　　（1）反映天然地基的剪切波速度Miller（1955）研究表明，瑞丽波占总输入能量的=三分之二以上，同时，瑞丽波在成层地基中传播具有弥散性，因此可以获得地基的弥散曲线，而弥散曲线主要由地基土参数（如剪切波速度）决定，因此通过反分析可以获得不同深度处土层的剪切波速度。

 

　　（2）道路结构地基检测瑞丽波技术是一种无损、快速可靠的检测方法。道路结构中瑞丽波的弥散特性反映了道路结构的性状，利用瑞丽波法测试出的弥散曲线，可以检测出道路结构的力学性质。此外，也可以根据两传感器之间信号相干函数的好坏来判别路面与垫层、垫层与地基接触的好坏。

 

　　（3）评价地基处理效果天然地基因不能满足强度和变形的要求，需要做地基处理。地基处理的效果和控制处理的速度是人们所关心的问题。经过处理过的地基土参数会发生改变，而剪切波速度跟地基土参数密切相关。可以利用瑞丽波的弥散性反演地基土的剪切波速度，从而评价地基的强度、密实度、固结度。这也是本文所要讨论的主要内容。这种方法具有测试速度快、可大面积检测、费用低等优点，因此在实际工2程中得到越来越多地应用。

 

　　二、地基处理的目的和检测方法

 

　　建筑物的地基问题，主要有以下三个方面：

 

　　1.强度及稳定性的问题。当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或者整体的剪切破坏。

 

　　2.不均匀沉降问题。当地基上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的正常使用，特别是超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂破坏。

 

　　3.地震、机器以及车辆的振动等动力荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化，失稳和震陷等危害。鉴于上述的问题，需要对地基采取一定的措施，来保证建筑物的安全和『F常使用。另外我国地域辽阔，地基条件千差万别，就是同一个场地的地基土也是相差很大。为了满足工程建设的需要，地基处理显得越来越追切。当前各种地基处理方法已大量地在工程实践中应用，但是现有的地基处理方法只能依靠经验，为了保证工程质量，往往要对处理过的地基进行检测，以保证其达到地基处理的要求。

 

　　我们知道，在土动力学中，土的剪切模量是一个非常重要的参数。近二十多年来，已有很多研究者对其进行了大量、深入的研究，包括对各种不同的土，如砂土、粘土及黄土等。影响土的动剪切模量的因素很多，对于粘土，其中一个重要的因素是时删，即荷载历时。在一定压力下，粘土的动剪切模量随时间不断增长。类似于粘土的固结特性，也可以将剪切模量随时间的变化过程分为主固结和次固结两个阶段。由于粘土的动剪切模量Go和强度Zmax都受到类似影响，如孔隙比e，围压瓦及超固结比OCR等，因此，这两者之间可能存在一定的相关关系。从粘土的动剪切模量随时间的变化曲线看，该曲线跟固结曲线相当类似，因此粘土的固结度跟剪切模量之间也可能存在某种相关关系。现场可以利用已有的测试方法测定土的剪切模量（或剪切波速）随时间的变化，那么就可以通过所得的剪切模量反算地基的强度和固结度随时间的变化，也就可以判断地基加固的效果了。

 

　　三、结语

 

　　本文对实际工程进行评价，获得地基土特性。由于现有的测试系统，只能定性地评价软土地基的特性，根据现场获得的瑞丽波速度的变化量，评价地基处理效果。然而，定量的绘出地基处理效果，如，强度的增长大小，固结度的大小等对实际工程更有实际意义。以此为背景，本文建立适合于软土的剪切波速度跟抗剪强度的理论关系式，并根据抗剪强度的增量进一步估算软粘土地基的固结度。工程应用表明，该关系式具有一定的工程意义。

 

　　参考文献