瑞雷面波法评价公路路基质量

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1、瑞雷面波法评价公路路基质量摘  要  ：工程地震勘探中的新方法——瑞雷面波法可以获得面波速度并换算出横波波速、密度及弹性模量等参数。测试方法简便、快速，可以进行原位无破损、连续大面积测量。在公路路基质量评价中，取得了较好的效果。    关键词  瑞雷面波；路基质量检测路基是公路的最基本组成部分之一，公路路基的坚实稳定是保证路面强度和稳定的先决条件。路基的质量必须进行检测，在诸多检测指标中，路基压实度的检测是重要项目之一。路基压实度的检测一般采用密度法，在每200m范围内每层检测4点。1 瑞雷波法检测路基强度的基本原理   

2、 1.1 瑞雷波的基本性质    瑞雷面波存在于地表面附近，沿地表面传播，其穿透深度约相当于它的波长。频率越高的波穿透深度越小，可以利用高频波探测浅部地层；用低频波探测深部地层。在震源激发的能量中，约有三分之二的能量转换为面波，且衰减速度比纵波和横波慢。面波的振幅随着距离增大，以1/ 的规律衰减，因此在远离震源处，面波还有较大的振幅。瑞雷面波在分层介质中，具有频散特性。利用这种性质，可以根据频散曲线划分层位，求出各层速度。另外，瑞雷波的波速与介质的密度紧密相关，波速随介质密度增大而增加。因此可以利用波速与密度的相关性计算密

3、度。    1.2 瑞雷波检测路基压实度的原理    路基的压实度是土方路基的重要的质量指标，压实度用K表示：       (1)式中：K—压实度；r一路基实际压实达到的密度(g/cm3)；r0一标准击实验能达到的最大密度。    瑞雷面波波速与密度的关系如下式：      (2)式中：VR --瑞雷波速度，m/s；G一剪切模量；r--密度，kg／m3。由于剪切模量的增大速度比密度快得多，所以密度增大的同时波速也会增大。一般弹性波波速与密度的相关关系式可表示为：        (3)式中a和b为相关系数，由此，压实度可以表

4、示为：      (4)式中：VR --路基压实后实测的波速值；VR0--标准击试验r0对应的波速值。根据这一关系式可知，介质密度增大面波速度也随之增大。因此，在一定条件下，可以直接用面波速度检测介质的密度。利用瑞雷波速度还可由公式计算出横波速度，进一步得到动弹性模量。计算过程如下：                                   VR/0.93 (VR>250m/s)横波速度Vs的计算：Vs=VR/0.94 (150

5、95 (VR<150m/s)动弹性模量Ed的计算  (6)其中：Vs为横波速度；VR为瑞雷波速度；Ed为动弹性模量；r为介质密度；n为泊松比，当VR>250m/s时，nv=0.32，当 VR<250m/s时，nv=0.38。 2 路基质量检测实例    桂林东环路一些路段已出现网裂、下沉、坑洼和翻浆等现象。有些路面破损严重，为了了解路基情况，为进一步的修建工作提供资料，采用瑞雷面波法评价路基质量，要求探测路面以下2m以内是否有软弱层 (低速介质)存在、并提供路面下0.4~1.1、1.1~1.8m及1.8~2.5m各段的弹性

6、模量。    2.1  野外工作技术及测线的布置    瑞雷波测量采用SWS-1G型多功能面波仪。12道检波器接收，道间距lm，偏移距2m。检波器频率为4Hz，以锤击为震源。测线布置在公路中心线两侧3m处，即2测线距离6m。同一测线上测点间距为20m。相邻测线的测点交错布置。这样，在公路中心部位每10m内有1个检测点。    2.2 测区工程地质条件    场地处于漓江二级阶地。场地自上而下的地层有填方土、耕作土、砂卵石、灰岩。地下砂卵石层为富水层，若地下灰岩中有破碎带或溶洞，随季节性地下水强烈运动，反复浸泡掏空浅部土壤层

7、，会形成疏松层或土洞，严重时会形成塌陷。    2.3 频散曲线特征分析对测量的波形记录进行处理，得到瑞雷波VR-H频散曲线。根据实测频散曲线VR随深度的变化可以划分出不同的速度层，也可以说是土壤的密度分层。测量区段内路面大都出现了不同程度的破损，这与路基有直接关系。路基的状态大致有如下几种情况。从图1a可知路面下2.5m深度范围内介质较均匀，波速约200m/s，这种曲线说明此段路基的填方压实层已不存在，土层含水较均匀。 图lb显示出有低速层存在，在0.4~4m范围内，波速约160~200m/s，这说明路基含水量大或较疏松

8、，这种情况的路基已不能支撑车辆及路面的压力，路面破损最为严重；从图1c可以看到低速层在0.7~1.5m范围内，原有的填方压实路基只有30cm左右。图1d的填方压实层厚度仅接近lm，在深度2m以下，波速已降到180m/s。以上几种情况都说明路基存在缺陷，在这样的基础上，路面必然出现相应的破损。