瑞利波检测地基承载力技术

瑞利波检测地基承载力技术

张旭明 1 王观 2 高源 3

鞍钢集团工程技术有限公司 辽宁省 114021 鞍钢建设集团有限公司设计研究院 辽宁省 114004

^3.鞍钢集团工程技术有限公司 辽宁省 114004

【摘要】：通过对瑞利波检测地基承载力技术的研究，阐述了瑞利波检测地基承载力的常规手段和技术；并通在实际工程中的应用，实现了检测方案设计，并对检测结果汇总分析和评价。

【关键词】：瑞利波；地基承载力；检测技术

引言

瑞利波法检测是种无损检测方法，具有具有简便、测试速度快、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小、检测时不受场地限制和电源限制等优点。

1、瑞利波检测原理

瑞雷波(Rayleigh waves)是纵波(P-waves)和横波的垂直分量(SV-waves）在自由表面相互干涉形成的一种沿着自由界面传播的地震面波，具有频率低、速度低、能量强和在层状介质中频散等特点。利用这些特点发展出各种瑞雷波勘探方法，瑞雷波勘探方法凭借其非侵入性、无损、高效、环保和低成本等优点成为地震勘探方法的一个重要分支，在地震工程、岩土工程和无损检测等领域发挥重要的作用，被浅地表地球物理学界视为未来最有希望的技术之一。剪切波速度剖面的评价通常被视为浅地表环境调查的一种重要任务，通过瑞雷波勘探方法分析瑞雷波性质来确定浅地表地下介质的剪切波速度结构，为岩土工程勘察、地震工程和地质工程等领域提供便利。

瑞利波测试是利用了瑞利波的两种特性：一是瑞利波在层状介质中相速度珠与频率厂的相关性，即瑞利波的频散特性；二是瑞利波传播的相速度凡与岩土体的物理力学性质具有密切的相关性。利用瑞利波对工程介质体进行测试的基本原理就是利用瑞利波的频散特性进一步求得在介质中的瑞利波速，然后再利用波速与介质体其他物理力学参数的相关性对介质体做出工程评价。采用面波频谱分析法, 也叫瞬态法, 它是由震源采用激发出瑞利波, 不同频率的瑞利波叠加在一起, 以脉冲的形式向前传播, 通过测线上定距离的加速度传感器接收, 由仪器记录下来。对采集的信号取以排列中点对称的任意两道, 进行 FFT（快速傅里叶变换）和频谱分析技, 通过相干函数的互功率谱相位展开谱, 利用多次覆盖、多次叠加技术, 从而得到瑞利波信号在不同频率f的平均速度V_R 。

瑞利波检测方法按振源单次激振产生瑞利波频率范围的不同可以分为稳态法和瞬态法（原理见图1）。图中的大锤表示震源，也就是通过大锤激发地震波，然后传播至检波器，用地震仪接收瑞利波信号。

图1 瑞利波检测原理图

使用稳态法进行测试的时候，逐个频点开展分频测试，从浅入深开展测试工作，实际测试中，从高频开始，逐渐降低频率，同时波长也随之增加，检测深度随之增加，直到最大深度。

瞬态法与稳态法在检测中最大的区别是震源的差异，瞬态法通过在地面施加瞬时冲力，产生了瑞利波，不同频率的波相互叠加，以脉冲的形式向前传播。布设好的检波器接收到瑞利波，并进行相应的处理，将瑞利波按照频率进行分离，通过计算得到V_R-f曲线。瞬态法比稳态法，具有设备安装方便，检测效率高等优点，因而应用范围更加广泛。

2、瑞利波检测地基承载力技术

2.1工程概况

鞍山汤岗子新城天然气管道工程甘泉CNG加气母站末站砂石换填垫层，为人工回填矿渣，回填厚度为5.0米，采用机械分层轧实。由中油辽河工程有限公司设计，设计地基承载力特征值为160kPa，该垫层由沈阳市鸣宇工程有限公司施工完成，受沈阳市鸣宇工程有限公司委托，冶金工业工程质量监督总站鞍钢监督站检测中心承担该工程的试验工作。主要检测方法为重型动力触探法，瑞利波法和稳态激振法。本次检测共布置重型动力触测点6个，瑞利波测点6点，稳态激振动测法动测法检测点6个，测点布置见图2。

图2 检测点布置图

2.2检测结果

瑞利波检测本次检测共布置检测点6个，部分结果见下图：

图3 2#测点瑞利波图

由于胶结矿渣和煤矸石性质相似，采用根据辽宁省标准《建筑地基基础技术规范》DB21_907-2005中关于煤矸石做地基瑞利波速确定地基承载力见下表。

表1 地基承载力

2.3研究结论

通过对《建筑地基础设计规范》瑞利波速fv，与承载力fak关系的回归分析，得出了瑞利波速确定矿渣地基承载力的简易计算公式：

f_ak= 0.9621fv+8

f_ak为地基承载力特征值，单位kPa；f_V为瑞利波速，单位 m/s；

结语

综上，本文基于瑞利波法的基本理论和瑞利波法探测方法，通过理论、试验研究，结合工程实例，对瞬态瑞利波法探测路基压实度的应用技术进行了研究与改进，为了进一步提高瑞利波法探测既有公路路基压实度的实用性和准确性，提出了几点展望。

参考文献

[1]方谦光,等.利用瑞利波进行铁路路基稳定性检测的理论基础及应用.铁道学报,1999.8,Vol.21.No.4,P55-59.

[2]李杰生等,多道瞬态面波法在铁路路基测试中的应用,岩土力学,2003.10,Vol.24 supp, P611-615.

[3]张浩.基于瞬态瑞雷波法的公路质量无损检测技术研究[D].[硕士学位论文].郑州:郑州大学，2015.

[4]原志杰.基于瑞雷波法对混凝土裂缝检测的数值研究[D].[硕士学位论文].重庆:重庆大学，2016.