基于孔内纵横波测试的粗颗粒土压缩模量确定方法与流程

本发明涉及一种粗颗粒土压缩模量确定方法，具体涉及一种基于孔内纵横波测试的粗颗粒土压缩模量确定方法。

背景技术：

目前，铁路、公路等工程路基、桥梁基础沉降直接关系到线路的平顺性和运营安全，土体压缩模量是基础沉降计算的关键技术参数，土体压缩模量获取的合理性直接影响工程设计、施工和投资预算的科学性和合理性。

现有的获取土体压缩模量的主要方法是钻探取样进行室内试验。钻探取样进行室内试验方法由于获取砂土、碎石土等粗颗粒土的原状土样困难和样品运输过程中易受干扰，导致室内试验的土体压缩模量与实际压缩模量之间存在较大偏差。样品运输过程中会产生运输成本和运输时间，使得钻探取样进行室内试验方法成本高和效率低，严重影响铁路、公路等工程路基、桥梁基础的合理设计。

技术实现要素：

为了克服获取砂土、碎石土等粗颗粒土压缩模量过程中操作困难、成本高、效率低和计算不准确的不足，本发明提供一种基于孔内纵横波测试的粗颗粒土压缩模量确定方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种基于孔内纵横波测试的粗颗粒土压缩模量确定方法，包括以下步骤：

S1-前期准备：钻孔至设计深度，将三分量检波器下至孔底，确保与钻孔孔壁贴合紧密，将三分量检波器接入采集仪，木质垫板连接检波器，检波器连接采集仪；

S2-纵横波激发和数据采集：敲击木质垫板激发纵横波，通过采集仪实时观测纵横波的采集质量，采集纵横波数据；

S3-将三分量检波器向上提升固定高度，重复S2；

S4-重复S3，直到将三分量检波器提升至地面为止；

S5-纵横波速度反演：将采集到的纵横波数据进行反演，得到目标层土体的纵横波速度；

S6-土体压缩模量计算：通过纵横波速度计算土体的压缩模量。

所述木质垫板放置在距孔口1-3m的范围内且其长度为1.5-2m，在该木质垫板上压重物，使其与地面贴紧且不发生滑移。

上述的步骤S2中，利用重锤沿木质垫板横轴从两个相反方向水平敲击木质垫板的侧端，激发横波，利用重锤垂直敲击木质垫板的顶端，激发纵波。

在步骤S3中，所述三分量检波器向上提升的固定高度为1m。

在步骤S5中，拾取每个测点的纵横波数据的初至时间，利用最小二乘法进行拟合，分别绘制纵波、横波的时间-距离曲线图，计算目标土层的纵横波速度。

在步骤S6中，结合纵横波速度，利用下式计算土体的压缩模量：

其中：E_s为土体压缩模量；V_p为土体纵波速度；V_s为土体横波速度；a，b为与土类型有关的常数。当所述的土为碎石土时，a为2.1、b为2.8；当所述的土为砂土时，a为1.95、b为2.6。

本发明的有益效果如下：

1.本发明是原位测试，进而计算土体的压缩模量，相对于传统的将土体样品运输到实验室检测的方法，操作简单、效率提高70-80％。

2.由于本发明是原位测试，无需运输土体样品，没有运输成本，降低了计算土体压缩模量的成本的50％。

3.本发明是原位测试并计算土体的压缩模量，无需取样及运输到实验室进行检测，弥补了粗颗粒土取样困难及样品易受扰动的不足，使得基于本发明的压缩模量计算结果准确度更高。

附图说明

图1是本发明的基于孔内纵横波测试的粗颗粒土压缩模量确定方法的流程图；

图2是本发明中测量孔内纵横波方法的示意图。

其中：

1.检波器 2.木质垫板

3.钻孔 4.采集仪

5.三分量检波器 6.粗颗粒土

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及的基于孔内纵横波测试的粗颗粒土压缩模量确定方法包括如下步骤：前期准备S1、纵横波激发和数据采集S2、S3、S4、纵横波速度反演S5和土体压缩模量计算S6。

S1-前期准备：如图2所示，当钻孔3钻至设计深度后，对钻孔3进行清孔，使三分量检波器5能顺利下到孔底，并确保与钻孔3孔壁贴合紧密，三分量检波器5通过导线接入采集仪4；对地面孔口位置进行平整，在距孔口1-3m范围内放长至少1.5m的长方形木质垫板2，当选取长为2m的长方形木质垫板2时，采集到的纵横波数据最佳。在木质垫板2上压重物，确保其与地面贴紧，并防止其滑移，为保证从木质垫板2长度方向的两端激发信号时，孔内检波器检测到信号的准确性，木质垫板2的底平面的中垂线(沿宽度方向)的延长线应与钻孔孔口的中心相交。木质垫板2连接检波器1，检波器1作为纵横波测试的触发计时装置，通过导线接入采集仪4。

S2-纵横波激发和数据采集：如图2所示，用重锤沿木质垫板2横轴从两个相反方向水平敲击木质垫板2的侧端，激发横波，然后用重锤垂直敲击木质垫板2的顶端，激发纵波。当激发纵横波后，通过采集仪4实时观测纵横波数据的采集质量，利用采集仪4采集纵横波数据。

S3：确保采集到高质量的数据后，用带有刻度的线缆将三分量检波器5向上提升1m，同时记录地面至三分量检波器5的垂直距离，重复上述S2步骤。

S4：重复S3步骤，直到将三分量检波器5提升至地面为止。

S5-纵横波速度反演：拾取每个测点采集到的纵横波数据的初至时间，以初至时间为横坐标，以每个测点至地面的垂直距离为纵坐标，采用最小二乘法进行拟合，分别绘制纵波、横波的时间-距离曲线图。利用钻孔资料分别截取目标土层的上下界面至地面的垂直距离，并从纵波、横波的时间-距离曲线图上求取相应的初至时间。以目标土层的上下界面垂直距离之差除以相应的初至时间之差，即可得到目标土层的纵横波速度。

S6-土体压缩模量计算：得到目标土层的纵横波速度后，利用下式对土体的压缩模量进行计算。

其中：E_s为土体压缩模量；V_p为土体纵波速度；V_s为土体横波速度；a，b为与土类型有关的常数，当土为碎石土时，a为2.1、b为2.8；当土为砂土时，a为1.95、b为2.6。