基于面波勘探技术的基础沉降计算方法与流程

本发明属于工程地质勘察领域，尤其是涉及一种基于面波勘探技术的基础沉降计算方法。

背景技术：

基础沉降量的计算是铁路、公路、工民建等工程设计的关键环节，目前主要是采用分层总和法进行基础沉降量的计算，该方法需要提供计算深度范围内每层土的厚度、压缩模量、附加应力分布等计算参数。

土层厚度和压缩模量的获取是通过钻探取样室内试验及预钻式旁压、静力触探等原位测试方法。钻探取样周期长、成本高，丘陵、林区、农田等地区由于交通困难、环保要求和赔偿费高，实施难度大，且粗颗粒土地层取样困难，难以通过室内试验获取压缩模量；预钻式旁压同样需成孔，成本高；静力触探主要适合于细颗粒土，在砂土、碎石土等粗颗粒土层勘察效果较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于面波勘探技术的基础沉降计算方法。面波是一种地球物探勘探方法，具有无损、场地适应性强等特点，面波的特征参数波速与土体的物理力学性质密切相关，且是地基土在原位应力状态和天然含水率不变、原生结构不受扰动情况下获取的，与钻探取样室内试验相比，更能准确真实地反映基础土体的物理力学性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种基于面波勘探技术的基础沉降计算方法，包括以下步骤：

步骤1：进行场地面波勘探，采集瞬态面波数据；

在步骤1中，利用地震仪开展面波勘探，检波器布置好后，检波器固定不动，炮点从检波器排列的一端距检波器排列一定水平距离处开始移动，且炮点的移动轨迹与检波器排列平行，炮点每次移动的距离和检波器间距(即道间距)相等，炮点每移动一次，采集一次瞬态面波数据，直至炮点移动到检波器排列的另一端距检波器排列相同水平距离处。

步骤2：进行瞬态面波数据处理，得到目标深度范围内的面波速度分布；

在步骤2中，以每个检波器为共中心点，提取所有以该检波器为共中心点的瞬态面波数据进行叠加，通过频散曲线提取、速度反演得到目标深度范围内的面波速度分布。。

步骤3：确定基础沉降影响深度z；

在步骤3中，通过下述过程确定基础沉降影响深度z：

(1)当无相邻荷载影响、基础宽度在1～30m范围内时，基础沉降影响深度z＝b(2.5-0.4lnb)，其中b为基底宽度，单位为m；当计算深度范围内存在波速大于300m/s的地层时，基础沉降影响深度z为基底至该地层表面的距离；

(2)在除(1)以外的情况下，基础沉降影响深度z按应力比法试算确定，具体如下：从基础底面由上向下，当某一深度处附加应力σz与土体自重应力σc满足σz/σc≤0.2时，基底至该深度处距离即为基础沉降影响深度z。

步骤4：根据面波速度随深度的变化划分土层，确定基础沉降影响深度z范围内每层土的厚度δz、地层数k和每层土体的面波速度v，并确定每层土的类型。

步骤5：计算基础深度影响系数λ；

在步骤5中，通过式λ＝1.05(σ'v0/δp)计算基础深度影响系数λ；其中，σ'v0为初始状态基底处土体有效应力，单位为mpa；δp为相应于作用的准永久组合时的基底附加应力，单位为mpa；其中，当λ＜0.5时，取λ＝0.5。

步骤6：计算基底应力引起的第i层土体附加应力系数kszi；

在步骤6中，基底应力引起的第i层土体附加应力系数kszi依据boussinesq理论根据基底应力分布类型(矩形分布、圆形分布、条形分布等)查表确定。

步骤7：确定基础沉降影响深度范围内各土层影响因子a和b；

在步骤7中，所述基础沉降影响深度范围内各土层影响因子a和b通过下述方法确定：当第i层土为粘土时，ai＝1.32241，bi＝0.00655；当第i层土为砂土时，ai＝0.015，bi＝1.21；当第i层土为碎石土时，ai＝0.329，bi＝0.812。

步骤8：根据式计算基础最终沉降量，其中：

s为基础最终沉降量，单位为mm；

ψ为沉降经验修正系数；

λ为基础深度影响系数；

δp为相应于作用的准永久组合时的基底附加应力，单位为mpa；

k为基础沉降影响深度范围内的地层数；

kszi为基底压力引起的第i层土体附加应力系数；

e为自然常数；

vi为第i层土体的面波速度，单位为m/s；

ai、bi为基础沉降影响深度范围内第i土层影响因子；

δzi为第i层土体的厚度，单位为m；

在步骤8中，所述沉降经验修正系数ψ根据地区沉降观测资料及经验确定，无经验地区取ψ＝1.0。

与现有技术相比，本发明基于面波勘探技术的基础沉降计算方法直接应用瞬态面波测试结果进行基础沉降计算，计算过程简单、快捷，计算所需参数均来源于瞬态面波勘察，无需钻探、触探等，可以避免钻探取样、室内土工试验由于土体扰动造成的测试结果不准确，克服触探难以穿透粗颗粒地层的不足，尤其是在丘陵、林区等钻探和触探实施困难地区具有明显优势。本发明的方法场地适应性强，为无损检测，对场地破坏小，所用设备简单，勘察成本低，且勘察效率高，在不利用经验修正系数的情况下，仍然具有较高的计算精度，具有较大的推广使用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于面波勘探技术的基础沉降计算方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种基于面波勘探技术的基础沉降计算方法，包括以下步骤：

步骤1：利用地震仪进行场地面波勘探，采集瞬态面波数据，具体过程如下：检波器布置好后，检波器固定不动，炮点从检波器排列的一端距检波器排列一定水平距离处开始移动，且炮点的移动轨迹与检波器排列平行，炮点每次移动的距离和检波器间距(即道间距)相等，炮点每移动一次，采集一次瞬态面波数据，直至炮点移动到检波器排列的另一端距检波器排列相同水平距离处。

步骤2：对步骤1采集到的瞬态面波数据进行处理，以每个检波器为共中心点，提取所有以该检波器为共中心点的瞬态面波数据进行叠加，通过频散曲线提取、速度反演得到目标深度范围内的面波速度分布。步骤3：确定基础沉降影响深度z，具体过程如下：

(1)当无相邻荷载影响、基础宽度在1～30m范围内时，基础沉降影响深度z＝b(2.5-0.4lnb)，其中b为基底宽度，单位为m；当计算深度范围内存在波速大于300m/s的地层时，基础沉降影响深度z为基底至该地层表面的距离；

(2)在除(1)以外的情况下，基础沉降影响深度z按应力比法试算确定，具体如下：从基础底面由上向下，当某一深度处附加应力σz与土体自重应力σc满足σz/σc≤0.2时，基底至该深度处距离即为基础沉降影响深度z。

步骤4：根据面波速度随深度的变化划分土层，确定基础沉降影响深度z范围内每层土的厚度δz、地层数k和每层土体的面波速度v，并确定每层土的类型。

步骤5：通过式λ＝1.05(σ'v0/δp)计算基础深度影响系数λ；其中，σ'v0为初始状态基底处土体有效应力，单位为mpa；δp为相应于作用的准永久组合时的基底附加应力，单位为mpa；其中，当λ＜0.5时，取λ＝0.5。

步骤6：依据boussinesq理论，根据基底应力分布类型(矩形分布、圆形分布、条形分布等)查表确定基底应力引起的第i层土体附加应力系数kszi；由于附加应力系数kszi沿深度方向逐渐衰减，沉降计算中应将土体竖向分层，同一土层层厚较厚时应加大土层单元划分层数，取土层单元中心位置处的附加应力系数kszi作为该土层附加应力的计算依据。

步骤7：确定基础沉降影响深度范围内各土层影响因子a和b，具体如下：当第i层土为粘土时，ai＝1.32241，bi＝0.00655；当第i层土为砂土时，ai＝0.015，bi＝1.21；当第i层土为碎石土时，ai＝0.329，bi＝0.812。

步骤8：根据式计算基础最终沉降量，其中：

s为基础最终沉降量，单位为mm；

ψ为沉降经验修正系数，所述沉降经验修正系数ψ根据地区沉降观测资料及经验确定，无经验地区取ψ＝1.0；

λ为基础深度影响系数；

δp为相应于作用的准永久组合时的基底附加应力，单位为mpa；

k为基础沉降影响深度范围内的地层数；

kszi为基底压力引起的第i层土体附加应力系数；

e为自然常数；

vi为第i层土体的面波速度，单位为m/s；

ai、bi为基础沉降影响深度范围内第i土层影响因子；

δzi为第i层土体的厚度，单位为m。

本发明基于面波勘探技术的基础沉降计算方法计算过程简单、快捷，计算所需参数均来源于瞬态面波勘察，无需钻探、触探等，场地适应性强，为无损检测，对场地破坏小，所用设备简单，勘察成本低，且勘察效率高，在不利用经验修正系数的情况下，仍然具有较高的计算精度，具有较大的推广使用价值和广阔的应用前景。