第４ｌ卷第３期 山 西 建 筑 Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．３ ２ ０ １ ５年１月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎ＇ＥＣＴＵＲＥ Ｊａｎ． ２０１５ ・１４５・ 文章编号：１００９－６８２５（２０１５）０３—０１４５—０２ 瑞雷波检测路基压实度室内标定实验研究 张思远冯小雨 郭威 （长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙４１００７６） 摘要：基于瑞雷波测试路基压实度的理论，改造了现有的瑞雷波检测仪器，开发了一种用于瑞雷波室内标定试验的模具，通过室 内标定试验建立了瑞雷波波速和路基填土压实度的数学关系模型，得到了瑞雷波波速和路基压实度关系曲线，为瑞雷波检测路基 压实度提供了有效方法。 关键词：瑞雷波，波速，压实度，标定实验 中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标识码：Ａ ０引言 性模量和泊松比； 为现场实测填土干密度；ｐｃ为路基填土最大 在公路施工现场进行的检测试验是施工质量的重要保证。 干密度。 通过检测，各种施工质量问题能够得到及时处理，使工程质量事 在同一介质中， ＞ 。根据 ， 与Ｌ的关系，当泊松比肛 故防患于未然。路基压实质量是公路施工质量控制的重要环节， 增大到一定程度时，可以认为 ， 相等。相对路基填筑体而 路基压实的施工质量关系到路面结构的强度、刚度和平整度，影 言， （０．９３０～０．９４０） 。 响整个路面结构层的使用寿命。其控制指标为压实度（也称压实 ２瑞雷 波速和路基压实度关系标定试验 系数）。常规的压实度检测方法主要是环刀法和灌砂法，由于工 瑞雷波现场检测压实度试验中通常设置瑞雷波检波器３０道， 作条件的限值（有破损、速度慢、劳动强度大等），不可能大范围 道间距为Ｊ ｍ，震源偏移距为５ ｍ，检波器频率为３．５ Ｈｚ，震源采 检测。 用１０ ｋｇ以上重锤。但是上述试验参数并不能应用于室内试验， 瑞雷波法测试路基压实度已经得到了广泛的认可，相比传统 为方便对试件的室内标定，有必要对试验器材及试验参数进行修 方法瑞雷波法具有准确、快速、无损的特点。詹正彬提出了关于 改。笔者采用控制压实度制备小型路基填土试件，使用改造后的 地震波数据收集中横波的筛选方法；刘江平提出了相邻道瞬态瑞 检波器测试标准压实度条件下的瑞雷波波速。 雷波法检测压实度的理论依据；耿光旭将瑞雷波检测应用于强夯 ２．１ 土样选择 地基的承载力和变形模量的检测。 选取长沙地区典型路基填土粉质粘土进行晾晒，然后在 １ 瑞雷波法测试路基压实度理论依据 ８Ｏ℃下持续烘干１２ ｈ，锤碎并通过２ ｍｌｎ孔筛分备用。根据《公 根据弹性理论，对半空间介质表面激振将产生３种波的传 路土工试验规程》，对绕城高速公路路基填土进行击实试验。击 播，即纵波、横波和瑞雷波。在路基表面进行竖向激振后，瑞雷 实试验得出该土样的最大干密度为１．８７ ｇ／ｅｍ ，相应的最佳含水 波、纵波、横波的能量分别为６７％，７％和２６％，瑞雷波的能量最 率为１８．２％。瑞雷波标定试验土样详细参数见表１。 大。在竖直方向上，随着深度的增加，瑞雷波的水平位移与垂直 表１ 瑞雷波标定试验土样详细参数 位移呈指数规律迅速衰减；在水平方向上，瑞雷波能量密度随距 Ｉ液限／％ｌ塑限／％ｌ最佳含水率／％Ｉ最大干密度／ｇ・ｅｍ一３ Ｉ 离按照指数一１规律衰减，而纵波和横波按照指数一２的规律衰 减。水平方向上瑞雷波是激发的弹性波中能量相对最大、衰减相 ２．２室内土样试件制备 对最小的，而竖向传播深度较小，在大范围的路基压实度检测中， １）试件模具长、宽、高分别为３０ ｃｍ，３０ ｃｍ及２０ ｅｍ，体积为 瑞雷波仍然能够保证检测结果的准确性。 １８ ０００ ｃｍ’。模具采用厚度为５ ｍｍ的钢板制作而成，用转轴将 瑞雷波具有的两种基本特性：１）瑞雷波传播速度与横波传播 ４块侧板连接，并采用卡扣与底板连接，以方便模具的拆卸。模具 速度的关系，可建立瑞雷波与介质弹性参数（物理力学性质）的关 具体如图１，图２所示。 系；２）瑞雷波在均匀介质中，传播速度与频率无关，即没有频散 性，这为瑞雷波运用于检测路基压实度提供了物理前提条件。综 合考虑瑞雷波基本特性，利用瑞雷波对路基填筑体的质量检测和 评价是具备可行性的。 以 ， 分别表示横波和瑞雷波的传播速度，则 ， 与介 质的弹性参数有如式（１）和式（２）关系： ，一一 ／互一／ｐ一 ２ｐ（１＋ ）＝ … 图１试件模具尺寸示意图 图２成型后的标准试件 ２）采用静压成型的方法，制作标准试件，试件的压实度分别 Ｔ，０．８７＋１．１ Ｔ， ， 一 １＋ 为８８％，９０％，９２％，９４％及９６％，含水率设置为１３．８％，分别采用 Ｋ：Ｐｄ＿＿×１００％ （３） 不同压实度和含水率正交制作了５组标准试件，试件编号分为１ Ｐｃ 号～５号。 其中，Ｇ，Ｐ，Ｅ，肛分别为介质的刚度模量（剪切模量），密度，弹 ３）根据设定的压实度和含水率及需制备试件的体积，计算出 收稿日期：２０１４－１１－２０ 作者简介：张思远（１９８９・），男，在读硕士；冯小雨（１９８８－），男，在读硕士；郭威（１９８９．），男，在读硕士 ・１４６・ 第４１卷第３期 ２ ０ １ ５年１月 山 西 建 筑 对上述数据可以采用下列４种数学模型进行回归分析： Ｋ＝口＋６ （４） 每个试件所需要的干土和水的质量，然后将相应质量的水与干土 均匀拌合。拌合完毕后封装在塑料袋中，密封２４ ｈ，确保水和土 均匀混合。 Ｋ＝。＋ｂｉｇ Ｋ＝０ｅ ＶＲ （５） （６） ４）将焖制好的土样放入模具中，并初步压实，然后放在压力 机下，盖上盖板，采用静压成型的方法将土完全压入到模具中，当 试件高度达到２０ ｃｍ时，压力机停止下压，此时试件即为该压实度 的标准试件。图２为静压成型后的标准试件。 Ｋ＝。 （７） 其中，。，ｂ为待定系数。表２为路基填土不同压实度下的瑞 雷波波速，对数据进行回归分析，选取对数函数Ｋ＝。＋６ｌｇ 为最 佳模型，图５为两者的关系曲线，数学回归模型为： Ｋ＝２０．３９３１ｎ 一１２．８４２ （８） ２．３试样瑞雷波波速标定 同室外试验相比，室内试验采用２道检波器进行测试，且试 件体积较小，道间距和偏移距仅为０．１５ ｍ，有必要对检波器进行 改造。试验中采用１００ Ｈｚ高频检波器以增加衰减比率，从而过滤 掉纵波成分，检波器分别插入试件的端部与中间位置，然后在另 一端作为触发点进行锤击。锤击时应采用小钢板垫在试件上，以 免造成试件破坏。室内瑞雷波法试验检波器布置如图３所示。 假定波沿直线传播，根据 ：ｌ／ｔ可计算出横波波速，其中，ｔ＝ ｔ：一ｔ１，ｔ ，￡ 分别为相邻两道波的起跳时问；１为道间距。而起跳 时间的确定采用顺向和反向敲击，对照其波形图：若是横波，顺反 向敲击，起跳波形方向应该相反。由此，可以更加准确的定位起 跳时刻。２道检波器测得的波形图如图４所示。 瑞雷波波速／ｍ・ｓ 图５瑞雷波波速和压实度的关系模型 此处提出的瑞雷波波速和压实度的关系模型仅限于试验中 试件的土质，但是根据此种方法可以对不同土质的瑞雷波波速和 压实度关系进行标定，进而应用于瑞雷波无损检测当中。 ３结语 １）不同地区的路基填土土质不尽相同，其组成成分、粒径构 成的差异性使得瑞雷波波速和压实度的关系模型也不相同。对 图３检波器布置示意图 距离，ｍ ０．１５ Ｏ 于特定工程的路基压实度检测，要首先进行波速和压实度的标定 试验。 ２）对于小型试件的标定试验，考虑到纵波的影响，应采用高 频检波器，增加纵波的衰减降低干扰因素，提高标定试验的准 确性。 ｌ ｔＯ ３）瑞雷波法检测手段虽然尚未得到广泛应用，由于其无破 损、快捷、准确的特点值得在公路工程检测中推广。为新建公路、 旧路改造等工程的质量评价提供了一个新思路。 参考文献： 圣 蓉 ２０ ［１］ 詹正彬，刘江平，沫培民．一种分离纵横波的方法［Ｊ］．石油 图４ ２道检波器波形图 地球物理勘探，１９９０，２５（３）：１１—１３． 利用瑞雷波检测仪器配套的分析软件Ｇｅｏｐｅｎ对试验数据进 行分析，经过产ｋ变换图４中的２道波形图，得到 数值。得到 不同压实度、含水率标准试件瑞雷波波速如表２所示。 表２不同压实度与含水率时瑞雷波波速 试件编号 １ ２ ３ ４ ５ ［２］耿光旭，赵 刚．强夯地基检测的有效方法——瑞雷波法 ［Ｊ］．勘察科学技术，２００１（５）：５７—６０． ［３］ 范东义．瑞雷波法在公路路基压实度测试中的应用［Ｊｊ．平 原大学学报，２００２，１９（４）：２９—３１． ［４］ 谢金平．路基地震波法病害探测技术及工程应用［Ｊ］．公路 与汽运，２００７（４）：８６—８８． 压实度／％ ９４ ９５ ９６ ９７ ９８ 波速／ｍ・ｓ一１ １８９．１ １９７．５ ２０７．９ ２１７．４ ２３０．２ ［５］ 刘江平，罗银河，何伟兵．相邻道瞬态瑞雷面波法与压实度 检测［Ｊ］．岩土工程学报，２００９，１１（３１）：１６５２—１６５９． Ｉｎｄｏｏｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｗｉｔｈ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ Ｚｈａｎｇ Ｓｉｙｕａｎ Ｆｅｎｇ Ｘｉａｏｙｕ Ｇｕｏ Ｗｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ￣ｒａｆｉｆｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ ｅｘａｍｉｎｉｎｇ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎｄｏｏｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｏｄｅ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ，ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ＣＵｌＴｅ ｏｆ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｅｘａｍｉｎｉｎｇ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ，ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ，ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ