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附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究.pdf

附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究

brian
2012-08-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究pdf》,可适用于经济金融领域

第卷第期岩土力学VolNo年月RockandSoilMechanicsJul收稿日期:第一作者简介:谭峰屹男博士高级工程师主要从事岩土工程的加固理论与实施技术研究方面的工作。Email:tfycom文章编号:-()--附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究谭峰屹姜志全李仲秋颜惠和(长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉)摘要:附加质量法是粗粒料密度测试的无损检测方法之一介绍了附加质量法的基本原理和理论模型并成功应用于昆明新机场粗粒料填筑的压实密度检测。试验结果表明:()附加质量法检测得到的地基刚度与灌水法检测得到的干密度呈线性相关相关系数为利用率定试验得到的经验关系计算得到的干密度与验证试验的相对误差在~之间其检测精度能够满足施工检测精度检测要求并给出了昆明新机场粗粒料压实密度检测的经验关系式()附加质量法具有操作简单、检测速度快捷、被检测粗粒料无损伤等优点是一项很有发展前景的无损检测技术。关键词:粗粒料压实密度无损检测技术附加质量法中图分类号:TU文献标识码:AApplicationofadditivemassmethodtotestingcompacteddensityoffillingmaterialinKunmingnewairportTANFengyi,JiangZhiquan,LiZhongqiu,YANHuihe(KeyLaboratoryofGeotechnicalMechanicsandEngineeringofMinistryofWaterResources,YangtzeRiverScientificResearchInstitute,Wuhan,China)Abstract:TheadditivemassmethodisoneofnondestructivemethodsusedforthecompacteddensitytestingofcoarsematerialsThetheoryofitisintroducedthenitstheoreticalmodelisintroducedtooTheadditivemassmethodissuccessfullyusedinthecompacteddensitytestinginKunmingnewairportTheresultshows:()thelinearinterrelationbetweenfoundationstiffnesstestedbytheadditivemassmethodanddensitytestedbythewaterreplacementmethodisabout,relativeerrorbetweenthedensityfromdemonstrationtestanddensityfromempiricalrelationshipofcalibrationtestisabout,whichshowsthatthetestingaccuracyoftheadditivemassmethodsatisfiedtherequirementofconstructiontestingaccuracythentheempiricalrelationshipofcompacteddensityofcoarsematerialinKunmingnewairportisgiven()becauseofitsadvantages,suchasconvenientoperation,fasttestingandnondestructivefortestedcoarsematerial,etc,theadditivemassmethodisoneofthemostprospectivenondestructivemethodsKeywords:coarsematerialcompacteddensitynondestructivetestingtechniqueadditivemassmethod引言昆明新机场填挖方总量约亿立方米其中以陡坡寺组风化料、白云岩、砂岩、灰岩、页岩等为主的粗粒料比例较大合理地选择压实密度检测方法能够提高本工程土石方工程的施工进度和施工质量。粗粒料压实密度的传统测试方法有灌砂法、灌水法等。这些方法应用起来费时、费工并且往往对被测土层造成损害无法满足工程大规模、快速施工的需要而附加质量法用于粗粒料压实密度检测具有检测速度快、对被测土层无损伤等优点广泛地应用在了在水利工程中-但在机场建设中应用该技术仍然比较少见因此通过开展现场试验研究验证该技术是否可用于昆明新机场粗粒料压实密度的检测并在此基础上建立适用于本机场粗粒料压实密度检测的经验关系式。附加质量法附加质量法相较于传统的灌水法具有测速快、第期谭峰屹等:附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究成果分析快捷、只需在粗粒料填筑表层测试、对填筑层层无损坏等优点是很有发展前景的无损检测技术。附加质量法已成功地应用于大型水利工程如黄河小浪底、清江水布垭、四川瀑布沟等并被纳入新编《水利水电工程物探规范》。附加质量法是在动力参数法之上发展起来的-。它以振动理论和现代电子技术为基础通过建立单自由度线弹性振动系统与测试介质振动系统等效的物理模型即将一定面积以下的粗粒料等效为单自由度线弹性体系用附加质量im∆的方法求解粗粒料的参振质量m同时利用集中质量m的动能等于承压板下一定深度以内粗粒料连续介质振动动能的积分从而导出承压板以下粗粒料密度ρ的解析式。附加质量法的理论模型如图所示。附加质量∆m参振土体质量m地基弹簧刚度K(a)理论模型KDm∆D∆mK=∆m∆D∆m(b)D~∆m关系式rrzZdZ(c)数学积分模型图图附加质量法理论模型FigTheoreticalmodelforadditivemassmethod测试技术要求及仪器检测技术要求()分别对不同类型的堆石料进行试坑法试验和附加质量测试等密度率定试验在同一点上进行平行试验同一类型的测区试验数量不小于组()应选择频带宽、灵敏度高、阻尼适中的附加质量法检测仪器()附加质量法测试应选择适宜的观测系统测试时附加质量法im应多于级每级自振频率if的变化宜大于lHz。检测仪器激振系统、信号采集系统和信号分析处理系统是附加质量法测试系统的主要组成部分。激振系统主要组成部分为激振锤将人为地抬高到某一指定的高度并让其从该高度自由落体运动通过激振锤自由落体运动产生的激振力使参振土体质量地基弹簧系统产生振动。信号采集系统主要由部分组成即承重压力板、附加质量检测块、检波器。其中承重压力板和附加质量检测块构成了附加质量法测试系统的附加质量组成部分。通过增减附加质量检测块的数量来调整附加质量法测试系统的参振质量满足附加质量法测试系统自振频率调整的目的。信号分析处理系统主要包括频谱分析系统和附加质量法成果分析系统。激振系统对参振土体质量地基弹簧系统产生振动后继而会产生振动波形该振动波形被频谱分析系统采集到并被分析以获得系统整体的自振频率附加质量法测试分析系统通过对各级附加质量下的系统自振频率的分析得到被测土体的地基刚度。附加质量法的试验装置组成如图所示。激振力附加质量承压板仪器粗粒料图附加质量法测试系统示意图FigSketchfortestingsystemofadditivemassmethodWYS附加质量法密度测定仪为本次昆明新机场粗粒料压实密度的附加质量法试验与检测采用的仪器设备。其参数如下:两通道模数采集模数转换(AD)精度位采样频率在~kHz之间进行选择单道采集点数并且可以调节所显示的点数。岩土力学年试验步骤附加质量法压实密度现场试验在昆明新机场东试验区的粗粒料强夯填筑试验小区进行。经过多次试验的反复对比并结合已有的工程经验本次现场试验步骤如下:()在选定试验点铺上薄薄的一层厚约cm的细砂进行找平()选取直径(D)为m的承压板(现场粗粒料最大单体粒径为m≤Dm)并将其缓慢平放在已经铺垫平整的试验点上使承重板与试验点接触完全()根据试验需要将质量块均匀对称布置在承压板上分级加载()检波器的固定主要用石膏或者其他的耦合剂将其固定在承重板上并将检波器于采集系统相连接然后打开采集系统轻轻敲击检波器附近的土体如采集系统可以采集到产生的振动波形并显示出来则可以确认检波器和采集系统充分连接()打开WYS附加质量法密度测定仪确认检波器和采集系统能正常工作并进行参数设置使频谱分析图中频率分辨率达到Hz()使激振锤自由下落并采集相应的有效共振频率完成本级信号采集()加载~级加载大小要保证每级之间的频率差iifff∆=−足够大每级荷载下重复步骤()~()即完成本试验点的测试。成果分析昆明新机场粗粒料压实密度的附加质量法现场试验由率定试验和验证试验两大部分组成:()率定试验:选取一定数量的测点通过附加质量法测试得到该点的地基刚度同时在该测点利用传统的灌水法试验获得相应的压实密度即在同一个测点同时进行采用附加质量法和灌水法两种试验。通过率定试验获得所测点的地基刚度和压实密度的经验关系式。率定试验分别进行附加质量法测试和灌水法密度测试各组共计组试验。()验证试验:另外选取一定数量的测点进行附加质量法测试获取相应的地基刚度由()中的经验关系式计算获得相应测点的压实密度。同时在进行了附加质量法测试的测点处仍然通过灌水法测试获取相应的压实密度。通过与附加质量法获得的相应测点的压实密度进行对比分析验证附加质量法的测试精度。验证试验进行附加质量法测试组灌水法密度测试组共计组试验。附加质量法试坑法图附加质量法和灌水法检测点平面布置示意图FigLayoutoftestpointsofadditivemassmethodandwaterreplacementmethod附加质量法无损检测点和灌水法检测点布置如图所示。率定试验和验证试验试坑法(灌水法)和附加质量法测试成果如表所示。表粗粒料附加质量法测试成果表TableResultsofcoarsematerialbyadditivemassmethod率定试验验证试验试坑法试坑法地基刚度(kNm)干密度(gcm)含水率地基刚度(kNm)干密度(gcm)含水率表表明率定试验和验证试验中各个测点的地基刚度分布在~MNm之间干密度集中在~gcm之间含水率分布在~之间。粗粒料填筑现场率定试验各测点的地基刚度与灌水法干密度的关系如图所示。y=xR=地基刚度(kNm)试坑法干密度(gcm)图粗粒料填筑现场率定试验地基刚度与干密度关系图FigRelationshipbetweenfoundationstiffnessanddensityincalibrationtestofcoarsematerial第期谭峰屹等:附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究图表明率定试验中各测点的地基刚度与干密度为线性相关相关系数为说明测点的地基刚度与干密度拟合程度较好。利用图的成果得到昆明新机场粗粒料填筑现场率定试验的地基刚度与干密度的经验公式如式()所示:dKρ=()式中:dρ为被测土体干密度(gcm)K为地基刚度(MNm)。由式()计算得到验证试验各测点附加质量法干密度成果如表所示。表粗粒料附加质量法率定试验和验证试验测试成果表Tableresultsofdemonstrationtestandcalibrationtestofcoarsematerialbyadditivemassmethod率定试验验证试验干密度(gcm)干密度(gcm)地基刚度(kNm)试坑法附加质量法相对误差地基刚度(kNm)试坑法附加质量法相对误差表表明验证试验的附加质量法干密度与灌水法干密度之间的最大相对误差为最小相对误差为两者的相对误差在~之间而平均绝对误差为利用附加质量法获得的成果较好。粗粒料的率定试验和验证试验的灌水法干密度和附加质量法干密度的关系如图所示。y=xR=附加质量法干密度(gcm)试坑法干密度(gcm)图粗粒料附加质量法干密度与灌水法干密度散点图FigPlotofdensityfromadditivemassmethodandwaterreplacementmethod图表明无论是率定试验还是验证试验利用附加质量法获得的各测点的干密度与试坑法干密度体现出了较好的一致性。因此利用附加质量法对粗粒料压实密度进行无损检测的检测精度可以满足施工质量检测要求。验证试验表明昆明新机场东区粗粒料压实密度的检测可以利用附加质量法进行。图为利用灌水法试验数据建立各测点的地基刚度与干密度的回归曲线。y=xR=干密度(gcm)地基刚度(kNm)图粗粒料全部测点地基刚度与干密度回归曲线FigRegressioncurveoffoundationstiffnessanddensityoftestedpointsofcoarsematerial图表明所有的试验点基本分布在一带状范围内地基刚度最大值为MNm最小值为MNm干密度最大值为gcm最小值为gcm含水率最大值为最小值为。由此建立东区粗粒料地基刚度与干密度的经验关系式如式()所示。dKρ=()值得注意的是式()仅仅是建立在组试验数据基础之上。检测中随着灌水法试验数据的增加应及时对式()进行修正。利用式()计算得到东区粗粒料填筑现场附加质量法各测点的干密度值成果见表所示。表粗粒料附加质量法测试成果表TableResultsofcoarsematerialbyadditivemassmethod地基刚度(kNm)参振质量kg干密度(gcm)相关系数岩土力学年经过对现场检测成果分析粗粒料的地基刚度最大值为MNm最小值为MNm干密度最大值为gcm最小值为gcm的测点相关系数在及以上说明附加质量法在昆明新机场东区粗粒料填筑现场压实密度的无损检测试验中取得了较好的效果。结论()附加质量法作为无损检测技术具有操作简单、检测速度快捷、对被检测土(石)层无损伤等优点发展前景广阔。()昆明新机场粗粒料压实密度的无损检测表明由附加质量法获得的粗粒料地基刚度与灌水法获得的粗粒料干密度成线性相关性相关性系数为利用率定试验得到的经验关系计算得到的干密度与验证试验的相对误差在~之间其检测精度能够满足施工检测精度要求。()对于不同的粗粒料建议进行不少于点的率定试验如有异常点应剔除。()在施工检测时附加质量法宜与试坑法(灌水法)结合使用随着对照试验点数的增加随时修正经验关系。参考文献李丕武,冷元宝,袁江华堆石体密度测定的附加质量法J地球物理学报,,():-LIPeiwu,LENGYuanbao,YUANJianghuaThedensitymeasurementofrockfillobjectbyadditivemassmethodJChineseJournalofGeophysics,,():-李丕武地基承载力动测的附加质量法J地球物理学报,,():-LIPeiwuAdditivemassmethodmeasureddynamicallyfoundationbearingcapacityJChineseJournalofGeophysics,,():-郭国庆,蒋华安测原位密度的附加质量法在小浪底工程中的应用与评价J西北水电,,():-GUOGuoqing,JIANGHuaanApplicationandevaluationofinsitudensitybyadditivemassmethodinXiaolangdiprojectJNorthwestHydropower,,():-黄荣荣,宋先海附加质量法在清江水布垭面板堆石坝堆石体密度测定中的应用J水利水电快报,,():–HUANGRongrong,SONGXianhaiApplicationofmethodofadditivemasstodensitymeasurementofrockfillobjectofrockfilldaminShuibuyaprojectJExpressofWaterResourcesHydropowerInformation,,():-宋先海,肖柏勋,顾海明,等附加质量法在水布垭堆石体密度测定中的应用J煤田地质与勘探,,():-SONGXianhai,XIAOBoxun,GUHaiming,etalApplicationofmethodofadditivemasstodensitymeasurementofrockfillobjectinShuibuyawatercontrolprojectJCoalGeologyExploration,,():-

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