瑞利波探测在城市小区基础压实度和密实度评价中的应用

文德宝 燕轲

【摘要】在城市浅地层环境变化后，自身发生不均匀沉降，会对地面上方的建筑物带来重大安全隐患，其中建筑地基基础压实度是施工中质量控制的主要指标之一，压实度传统方法是通过检测土基干密度ρ与室内求得的最大干密度ρ0之比。目前瑞利波技术对路基压实度检测成为主流无损检测技术，该方法快速高效，经多年实践总结，该方法与常规检测手段检测结果一致，對于不均匀沉降地区的基础评价具有较好指导意义。

【关键词】瑞利波;频散分析;压实度;密实度

1、前言

随着时代发展，我国家城市建设规模逐渐扩大，各种建筑体交纵错杂，很多工程在建设过程中出现相互干扰，相互影响。例如管线问题影响着各类工程建设，城市轨道建设对周围建筑造成严重干扰，造成周围建筑物不均匀沉降。如何采用准确高效的勘测方法进行不均匀沉降地区的基础评价是至关重要的。

瞬态瑞利波探测技术是近年发展起来的一项工程物探技术，其优点是检测速度快、效率高，检测深度可达15m以上。目前瑞利波技术对路基压实度检测成为主流无损检测技术，经多年实践总结，该方法与常规检测手段检测结果一致[1]。

2、瑞利波探测技术

2.1工作原理

利用瑞利波法测试路基的压实度，主要利用其两种特性：一是利用分层介质中瑞利波速度的频散特性划分层位，并计算出各层的瑞利波速度值;二是利用瑞利波传播速度与介质密度的相关性即用已求得的各层瑞利波速度值与密度值的相关关系，计算各层的压实度[2][3]。

2.2瑞利波与压实关系

鉴于瑞利波的频散特征，可以建立瑞利波速与介质密度的关系模型：

式中Vp，VR分别为纵波速度、瑞利波波速;E，G分别为弹性模量、剪切模量;σ为泊松比;ρ为密度。

通过对试验点做频散曲线，对密度与波速的做回归分析，得出压实度与瑞利波速等级关系表，如下表1 压实度与瑞利波速等级关系表。

2.3规范定义的密实度

标准贯入试验击数（ N）和剪切波（Vs ），存在一些定量关系，定量公式由Imai and Tonouchi （1982）提出，关系式定义如下：

Log10（Vs）=0.314*Log10（N）+97（m/s）

3、瑞利波探测技术在工程中的应用

3.1工作方案

本次工作采用Geode轻便地震采集系统在待测小区内零星布置测点6个波速测试点（图1），平面布置如下图1。

3.2 探测成果分析

以1#瑞利波勘探点为例进行数据处理分析如下：

对原始面波记录（图2）进行频散分析得到的结果如图3所示的频散曲线。由图可知，优势面波频率主要集中在13-38Hz，该点处相速度范围大约在160-200m/s。并对该点地质建模反演，该点处剪切波速度范围大约在140-200m/s（图4所示）。

0～0.4m：剪切波速189m/s，纵波波速378m/s，换算的标准贯入击数8次，参考表1结果，从剪切波波速评价压实度80～85%，压实度等级为次;参考《岩土工程勘察规范GB50021-2001》根据换算的标准贯入击数评价密实度为松散。综合评价压实度属次级。

0.4～1.7m：剪切波速195m/s，纵波波速390m/s，换算的标准贯入击数9次，评价方法同上所述，压实度80～85%，压实度等级为次;密实度为松散。综合评价压实度属次级。

1.7～4.3m：剪切波速156m/s，纵波波速1463m/s，换算的标准贯入击数5次，压实度<80%，压实度等级为差;密实度为松散。综合评价压实度属差级。

结语：

在城市小区中对于常见的沉降问题，瑞利波探测法可以对地下地层进行较为精准的波速分层，并通过相关规范公式推算进一步得出剪切波波速、纵波波速、标准贯入击数，从而获得较为重要的土层密实度以及压实度等参数，对于城市小区、道路等出现的沉降问题，具有实际指导意义。

参考文献：

潘冬明.瑞雷面波频散分析与应用[D].中国矿业大学，2009.

刘强.基于瑞雷波理论的公路无损检测方法研究[D].长安大学，2010.

马磊.瑞雷波测试技术在机场土石方工程中的应用研究[D].贵州大学，2008.