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在路基、房屋建筑及其他堆填工程等基础工程设计中,首先要求知道地基承载力值,以决定使用何种基础形式或如何进行地基处理。目前在岩土工程中求得地基承载力的方法主要是:(1)试验查表法;(2)标准贯入法、静力触探法;(3)压板试验法。这三种方法各有所长,使用最广和最可靠的方法是压板试验,但这种方法成本高,耗时长,且只能反映较浅范围的地基。
瑞利面波速度与岩土的性质如密度、泊松比、弹性模量等有密切关系,而这些因素正是决定地基承载力的主要因素,所以客观上,瑞利面波与地基承载力之间有内在关系。在工程实践中,通过测试面波的方法获得地基承载力的方法,在拓宽获取地基承载力方法和经济效益方面都有重要意义。
本文试图深入分析瑞利面波的形成和传播规律、地基承载的影响因素和确定方法,从中得出瑞利面波速与地基承载力的关系。
瑞利面波是一种沿介质自由表面传播的弹性波,瑞利面波的形成可以用波动方程作严密的推导。
在粘性土中瑞利面波更接近于横波,在面波质点水平位移和垂直位移振幅随深度的变化中,当泊松比μ从0.1增大到0.5时,水平和垂直位移的振幅也随之增大,粘性土比完整岩石有更多的面波能量成份;对于不同的介质,随深度增大,面波的水平和垂直位移振幅达到极大值后迅速降低,其主要能量均集中在z/λR<1的深度范围内,由此认为面波的穿透深度约为1个波长,工程中需要了解承载力范围的主要也是浅部的这一范围。
这里可以得出两个结论,第一,瑞利面波的传播速度与横波的传播速度受相同的地基土参数控制,也就是瑞利波的传播速度与地基土的性质有关;第二,瑞利面波速度与横波速度数值上很接近,实际工作中可以用实测的瑞利面波求出横波速度。求地基承载力时,可视工作方便有选择地使用横波速度或瑞利面波速度,如在地表可测试瑞利面波,有钻孔时,则可用孔中测井,使用横波。
在工程中使用的承载力有多种形式,在对地基土强度评价时,常用的主要有,地基承载力基本值、地基承载力标准值、地基承载力特征值等三种形式。其中,在工程中应用较多、概括性较好的是地基承载力特征值,它不仅与土的力学参数有关,还与基础的尺寸和埋深有关。
当地基土的力学参数和土体结构一定时,其瑞利面波速度与地基承载力即相对确定,因此可以利用这种参数之间的相关关系,通过测试地基土的瑞利波速求出承载力。但由于地基承载力是一个复杂的参数,不仅数值表述误差大,且有多种表达形式,故两者很难用一个精确的数值表达。为寻找更好的研究途径,目前认可的方法是通过标准贯入击数的过渡,寻找瑞利波速与承载力之间的数值关系。本文分别研究了:(1)波速与标准贯入的关系;(2)承载力与标准贯入的关系;(3)波速与地基承载力的关系。
这样,为了较好估算承载力:(1)对面波应有正确的认识:第一,为了正确解释面波勘探资料,需要收集测区的地质资料,以充分了解测区的地质条件和地层分布特征,还需要丰富的实践经验,以减少人为因素造成的误差,提高勘探精度;第二,面波勘探最关键的一点就是如何获得良好的面波记录以保证其频散曲线的正确性。这就要求根据勘探的目的和任务要求,合理选择野外工作方法,事先对各个参数进行试验和计算,提高资料的采集质量。(2)瑞利波测试法作为一种新兴的检测方法和技术,与传统的破损性试验方法相比,具有现场测试简便、无破损和采集数据点多、快捷、高效、自动化程度高等优点。传统的荷载板法所取得的数据仅仅反映了一个孤立的点,而瑞利波速反映的是一个体积元的平均速度,因而更具有真实性和代表性,具有很大的应用前景。