原位试验声波测法.ppt

极限设计、概念设计与原位试验 路基工程检测及检测技术 路基工程检测及检测技术 主要内容 极限设计 允许荷载 概率极限状态设计 安全系数、组合系数、分项系数 原位试验之波速测试 波速测试之单孔法 路基工程检测及监测技术 1.极限荷载 是指整个地基处于极限平衡状态时所承受的荷载。 当荷载增加到使地基中某些点（一般在基础的两角点）开始达到塑 性屈服状态时，这时对应的荷载称为临塑荷载。当荷载进一步增加 ，地基 中达到塑性状态应力区域相应扩大，这时对应的荷载称为 局部塑性荷载，虽然这时地基中有局部地区达到塑性流动状态，但 是由于塑性区被周围的弹性应力状态所包围，其塑性流动受到限制 ，不可能发生整体流动与破坏，这时地基还可以正常工作而不会引 起建筑物的失稳。当荷载增加到地基中的塑性区扩大到连成一片并 达到地面时，地基中出现了整体的塑性流动区，这意味着地基将发 生无限制的塑性流动而导致地基整体破坏，这时对应的荷载就称为 极限荷载。 设计时绝不允许建筑物荷载达到极限荷载。地基极限荷载不是一个 固定值，它除了与岩土的性质有关外，还与建筑物基础形状、宽度 及埋置深度等因素有关。 路基工程检测及监测技术 2.允许荷载 保证满足地基稳定性的要求与地基变形不超过允许值，地基单位面 积上所能承受的荷载。 3.概率极限状态设计 概率极限状态设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。 承载能力的极限状态，即结构或杆件发挥了允许的最大承载能力的 状态。或虽然没有达到最大承载能力，但由于过大的变形已不具备 使用条件，也属于极限状态。所谓“极限状态”，就是当结构的整体 或某一部分，超过了设计规定的要求时，这个状态就叫做极限状态 。 这里讲“概率计算”，就是以结构的失效概率来确定结构的可靠度。 过去容许应力法采用了一个安全系数K（简称单一系数法），就是 只用一个安全系数来确定结构的可靠程度。而现在采用了多个分项 系数（简称多系数法），把结构计算划分得更细更合理，分别不同 情况，给出了不同的分项系数。这些分项系数是由统计概率方法进 行确定的，所以具有实际意义。来自于工程实践，诸多的分项系数 从不同方面对结构计算进行修订后，使其材料得以充分发挥和结构 更加安全可靠。这些系数都是结构在规定的时间内，在规定的条件 下，完成预定功能的概率（也即可靠度）。所以这个计算方法的全 称应该为“以概率理论为基础的极限状态设计法”。 路基工程检测及监测技术 4.安全系数 水工建筑物、结构或构件的抗破坏强度与设计荷载效应组合的比值 ，它是建筑物、结构或构件的安全储备的指标。 进行土木、机械等工程设计时，为了防止因材料的缺点、工作的偏 差、外力的突增等因素所引起的后果，工程的受力部分实际上能够 担负的力必须大于其容许担负的力，二者之比叫做安全系数,即极 限应力与许用应力之比。也指做某事的安全、可靠程度。 路基工程检测及监测技术 5.组合系数 组合值系数”是看采用哪种荷载组合，包括承载能力极限状态基本组 合、标准组合等，针对不同组合，恒载和活载有不同的系数。 6.分项系数 荷载分项系数是指考虑某种荷载组合时所占的权重，为保证所设计 的结构具有规定的可靠度而在设计表达式中采用的系数。 1.永久荷载的分项系数： 1)当其效应对结构不利时 对由可变荷载 效应控制的组合，应取1.2；对由永久荷载效应控制的组合，应取 1.35； 2)当其效应对结构有利时 ，一般情况下应取1.0；2 .可变荷 载的分项系数：一般情况下应取1.4；对标准值大于4KN/m2 的工 业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。 3.对结构的倾覆、滑移或漂浮 验算，荷载的分项系数应按有关设计规范的规定采用。 路基工程检测及监测技术 波速测试的定义 波速测试(Wave Velocity Test)是利用波速确定 地基土的物理力学性质或工程指标的现场测试方 法；根据弹性波在岩土体内的传播速度，间接测 定岩土体在小应变条件下(10-410-6)的动弹性 模量等参数。 路基工程检测及监测技术 几组概念区分 体波：在弹性体内部传播的波； 面波：在弹性体表面或不同介质交界面上传播的波； 瑞利波：波的质点在包含波传播方向的铅垂平面内振动，质点的 振动轨迹为逆时针方向转动的椭圆，且振幅随深度呈指数函数衰 减，传播速度略小于横波。 勒夫波：质点在水平面内振动，质点运动轨迹与波传播方向垂直 。 压缩波：当波传播时，如果质点振动方向与波的传播方向一致， 称为压缩波； 剪切波：当波传播时，如果质点振动方向与波的传播方向相互垂 直，称为剪切波； 路基工程检测及监测技术 波速测试的分类 一、检层法（单孔法）波速测试 二、跨孔法波速测试 三、表面波法（瑞利波法）波速测试 路基工程检测及监测技术 单孔法是在一 个钻孔中分土 层进行检测， 故又称检层法 ，因为只需一 个钻孔，方法 简便，在实测 中用得较多， 但精度低于跨 孔法。单孔法 的现场测试情 况如图5-1所示 。 路基工程检测及监测技术 路基工程检测及监测技术 仪器设备组成 震源：指的是弹性波 激发装置。 弹性波接收装置：包 括检波器、放大器及 记录显示器 路基工程检测及监测技术 对准备工作的要求： 钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套管，套 管壁与孔壁应紧密接触； 当剪切波振源采用锤击上压重物的木板时，木板的长向中垂 线应对准测试孔中心，孔口与木板的距离宜为13m；板上所 压重物宜大于400kg；木板与地面应紧密接触； 当压缩波振源采用锤击金属板时，金属板距孔口的距离宜为 13m； 应检查三分量检波器各道的一致性和绝缘性。 路基工程检测及监测技术 工作要求： 测试时，应根据工程情况及地质分层，每隔13m布置一个测点 ，并宜自下而上按预定深度进行测试； 剪切波测试时，传感器应设置在测试孔内预定深度处并予以固 定；沿木板纵轴方向分别打击其两端，可记录极性相反的两组 剪切波波形； 压缩波测试时，可锤击金属板，当激振能量不足时，可采用落 锤或爆炸产生压缩波。 测试工作结束后，应选择部分测点作重复观测，其数量不应少 于测点总数的10%。 路基工程检测及监测技术 试验步骤： 放置检波器 布置测点 激发 接收 路基工程检测及监测技术 资料整理 波形分析与鉴别 波形鉴别的目的是要确定剪切波到达的正确位置。由于外界 干扰以及敲击时在激振板内产生的压缩波的地下折射，实际 得到的波形记录往往是剪切波和压缩波复合在一起的记录这 就给剪切波的鉴别带来了很大困难。但是我们可以根据剪切 波和压缩波的不同特点把它们区分出来。区分的方法常有以 下两种： a、按速度不同区分 压缩波速度快，剪切波速度慢；压缩波总是先到达，剪 切波后到达。 b、根据波型特征区分 压缩波传递的能量少，因此波峰小；剪切波传递的能量 大，波峰高。而且两种波的频率不一致当剪切波到达时， 波形曲线上会有个突变，以后过渡到剪切波波形。 路基工程检测及监测技术 图2 浅层波形记录 图1 波形记录 路基工程检测及监测技术 上面都是讲的正常波形鉴别。但在测试过程中，由于各种原因 往往得到畸变的波形，严重的甚至无法鉴别；造成波形畸变的 原因主要有外界干扰、地层岩性破碎、仪器工作不正常等等原 因。在干扰不严重时，可用分解的方法鉴别。如图3中，波未到 达时，记录上已有干扰波存在,当压缩波和剪切波先后到达时， 就叠加在干扰波上这样就成了合成波形，形态与原来干扰波 不一样。用铅笔将干扰波波形勾画出来，就可以找到叠加在上 面的压缩波和剪切波。 对于这种畸变的波形还可用相位对比方法鉴别。由于试验时敲 击激振板的一端后还敲击另一端，其方向相反，测到的波形 其相位刚好相反，如图4；所示，比较这两个波形记录，将记录 纸上击振时间信号对齐，找到相位差180度的两个最大的峰及谷 即为剪切波到达位置。如干扰很严重,有效波都被掩盖了,那就 无法鉴别。 路基工程检测及监测技术 图3 叠加有干扰波的波形记录 图4 相位相反的波形记录 路基工程检测及监测技术 波速Vs的计算 1)浅层(小于5m)时平均波速的计算 路基工程检测及监测技术 当H与L相差较大时，就不能采用上述方法，为求测点C与D之间土层的波 速VS，我们已实测到行程LSC的行程时间t1及行程LSD的行程时间t2，假定C 测点接近层面，波的实际行程为SED，在通过层面时产生折射，但实际 上折射角是非常小的，为简化计算，可以将波的行程简化为SFD。 （2）根据波的传播时间，利用公式确定各土层波速。 （3）根据各层Vsj、j或j计算剪切模量Gj（j为土层序号 ）： g为重力加速度，g0.00981km/s2 （4）计算场地土层平均剪切模量（20m内，但不超过土 层覆盖层厚dov） （5）确定场地覆盖层厚度dov（Vsj=500m/s） （6）计算场地土层平均剪切波速Vsm（15m内，但不超 过覆盖层厚度dov） （7）计算场地的卓越周期T（覆盖层厚度dov内） （8）计算场地指数 1）刚度指数 ，当 30Mpa , 当 30Mpa 2 ）厚度指数 ，当dov80m , 当dov80m 3）场地指数 ，当 500Mpa或dov5m