强夯法效果如何?来看看这个检测结果
发布时间:2020-08-19
 

强夯法指的是为提高软弱地基的承载力,用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对高饱和度的粉土与黏性土等地基,当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时,应通过现场试验确定其适用性。

我国西部地区由于地形崎岖,很多工程进行地基处理时需要削峰填谷,形成很多高填方场地。这些场地往往采用强夯作为地基加固处理的重要手段。对于这些高填方强夯场地的质量检测单一的岩土勘察可靠性低,采用大面积钻探和静力触探可靠性高但是费用高,周期长。而二维瑞雷波检测方法,施工效率高,能短时间内完成大面积的检测工作,且方法成熟,在地面操作,费用较低。配合少量的钻探、触探、静载数据,可以获得准确的大范围的地基加固效果、强夯影响深度和地基承载力等重要指标。

 

01

MASW多道瞬态瑞雷面波法

 

MASW多道瞬态瑞雷面波法经济,快捷,无损,对于30米以浅的目标层具有较高分辨率,且不受探测对象厚度及波阻抗差异制约,不受速度逆转层影响,在岩土工程领域得到了广泛应用。但美中不足的是,其采集方法为每一个共炮点的多道排列为一个测点,一次只能获取一个测点信息,分辨率不足,多次整体移动排列后才能生成2D波速剖面,耗时耗力,施工效率低。

日本OYO公司将MASW方法进一步延伸,开发了CMPCC(共中心点叠加,Common Middle Point Cross-Correlation)方法。

排列固定,多炮点记录,在CMP点对记录进行叠加,提高了数据的信噪比,直接生成2D波速剖面,方便快捷。排列方式见下图,以24个检波器为例,二维法震源放在检波器之间和測线两端,震源激发次数=检波器数(N)+1,得到N+1张记录 。

CMPCC观测系统示意图

CMPCC主动源瑞雷面波法数据需要专门的软件进行处理,本文中应用的是OYO公司开发的SeisImager/SW表瑞雷波反演软件
 

 

SeisImager/SW软件与数据处理流程

02

 

SeisImager/SW瑞雷波反演软件采用多点震源激发,加入CMP(Common Mid-point Cross-correlation)分析,数值模型和现场观测的波形数据分析都优于传统多道瞬态瑞雷波方法,可以大大提高地下S波波速结构的精度和横向分辨率。该方法中CMP相关分析的数据采集方式类似于二维地震反射勘探,数据处理有点类似于二维地震反射勘探数据的CDP共深度点分析,但不同的是,初始波形的相关校正在CMP分析之前就计算了。

CMP相关校正分析的数据处理包括以下几个步骤:

第一步

对每炮数据的各道数据进行相关校正计算。

第二步

将具有共中心点的相关道抽取出来放在一起,合成的相关校正道集。

第三步

对CMP相关校正道集进行多道分析,计算表瑞雷波的相位速度。

第四步

通过非线性最小二次方反演建立二维的S波速剖面。

因同种介质条件下,压实度越高,剪切波速值越高。通过分析剪切波速-深度的剖面,可推测强夯处理的影响范围。

 

 

数据处理标准流程

  1. 导入数据,输入观测系统参数。
  2. 检查原始数据,检查是否有触发异常,对坏道进行剔除,反转的道进行调整。
  3. CMP抽道集,软件自动进行互相关分析。
  4. 将CMP点的时间域数据通过傅里叶变换,转换至频率域,并进行频散曲线的抽取和修正(剔除畸变点)。
  5. 依据已提取的频散曲线建立初始化模型。
  6. 在初始化模型基础上,通过最小二次方反演,得出测线范围内深度-剪切波速值剖面。

 

03

工程实例分析

 

本次实验设计为研究强夯前后场地波速变化情况。在场地4角和中心共布置5个测点,点号即为强夯次数,采用二维瞬态瑞雷法进行检测。

位于场地4角的测点,各布置一条东西向测线;中心处测点布置互相垂直的两条测线(line1东西向,line2南北向)。在强夯前和强夯后各测量一次。观测系统为24道25炮。检波点距和炮点距相同,均为为0.8m。总计测线6条,测量12次,测线均避开夯击中心均约0.6m(避开夯坑)。

场地布设

 

成果分析

04

 

//测点3数据处理成果

 
 
 
 
 
 

 夯前S波波速剖面

 
 
 
 

 夯后S波波速剖面

 
 

剖面左侧为东,靠近试验场中心位置;右侧为西,最西侧抵达试验场边缘。测线整体在试验场西北缘偏南。强夯前剖面东侧有一明显速度较高区域(深度4m-8m,位置2.9m-7.9m处)。西侧速度较东侧低。强夯点位于剖面中心(9.6m处)。强夯后:浅层(0-2m)速度有所降低,右上角尤为明显;中层(4m-8m)速度有所提高,尤其是两侧,其速度曲线形似眼镜状;深层(8m-10m)速度相对中层(4m-8m)反而有所降低,但较夯前而言,则是东侧速度有所降低,西侧速度有所提高。

//测点6数据处理成果

 
 
 
 
 
 

 夯前S波波速剖面

 
 
 
 

 夯后S波波速剖面

 
 

剖面左侧为东,靠近试验场中心位置;右侧为西,最西侧抵达试验场边缘。测线整体靠近试验场西南缘。强夯前剖面由浅至深速度逐渐增大,略似层状。强夯点位于剖面中心(9.6m处),强夯后:整体速度有所提高,浅层(0-2.5m)右上角速度有所降低;中层(3.5m-8m)速度提升最为明显,但没有形成比较标准的眼镜型异常;深层(8m-10m)速度相对中层(3.5m-7.5m)有所降低;较夯前而言,也是有所降低。

//测点9数据处理成果

 
 
 
 
 
 

 夯前S波波速剖面

 
 
 
 

 夯后S波波速剖面

 
 

剖面左侧为东,最东侧靠近试验场东侧边缘;右侧为西,靠近试验场中心。测线整体靠近试验场东南缘。强夯前剖面大体上0-7m由浅至深速度逐渐增大,7m-10m速度略有降低。中心处东侧比西侧略高一点。强夯点位于剖面中心(9.6m处)。强夯后:浅层(0-4m)整体速度有所降低,尤其是左上角。中深层(4m-10m),中心线两侧变化较为明显,尤其是西侧速度提升较多。两侧不对称,没有形成比较标准的眼镜型异常。

//测点15数据处理成果

 
 
 
 
 
 

 夯前S波波速剖面

 
 
 
 

 夯后S波波速剖面

 
 

剖面左侧为东,最东侧靠近试验场东侧边缘;右侧为西,靠近试验场中心。测线整体靠近试验场东北缘。强夯前剖面没有明显规律。但可见8m处呈现分界的趋势,8m以上可认为是填充导致的不均匀;8m以下可认为呈层状强夯点位于剖面中心(9.6m处)。强夯后:浅层(0-3.5m)整体速度有所降低,尤其是右上角。中层(3.5m-8m),中心线两侧速度较正中心处高,接近眼镜型。深层(8m-10m)速度整体有所提高。

//测点20数据处理成果

 
 
 
 
  • Line1

 
 

  Line1夯前S波波速剖面

 
 
 
 

  Line1夯后S波波速剖面

 
 

Line1为东西向测线。强夯前剖面,6m以上横纵向变化明显,6m-10m变化较小。强夯点位于剖面中心处(9.6m)。强夯后:浅层(0-4m)整体速度有所提高。中深层(4m-8m)中心线两侧速度交较正中心处高,接近眼镜型。

  • Line2

 
 

  Line2夯前S波波速剖面

 
 
 
 

  Line2夯后S波波速剖面

 
 

Line2为南北向联络线。强夯前剖面,6m以上横纵向变化明显,6m-10m变化较小。强夯点位于剖面中心处(9.6m)。强夯后:浅层(0-5m)整体速度有所提高。中深层(5m-10m),整体速度也是有所提高,中线两侧提高比较明显,呈不规则眼镜形。

 

结论

 

该次试验强夯影响深度约为8m左右,夯后波速剖面速度高点分布在夯点垂向线两侧速度,4-8m深度范围呈对称或不对称的眼镜状。该方法成功完成了强夯试验场地的波速检测,达到了设计目的。

相对于传统MASW发放,CMPCC方法方便快捷,特别是一次布设即可获得完整2D波速剖面,大大提高了施工效率高,SeisImager/SW瑞雷波反演软件在现场观测的波形数据分析和反演数值模型方面,远远优于传统多道瞬态瑞雷波方法,可以大大提高地下S波波速结构的精度和横向分辨率。

 

 

McSEIS-SW地震勘探仪器

 

McSEIS-SW是OYO公司出品的一款24通道地震勘探仪器,其结构紧凑、重量轻,包含放大器和A/D转换等测量电路。这种智能设计可使用商务笔记本电脑作为控制单元,用于测量控制、波形监测等。该系统还标配有一套高精度的面波勘探软件,实现了在现场从测量到分析的有效进行。此外,与传统的一体机系统不同,商务笔记本电脑被用作控制单元,因此该系统总是与最新的计算机一起使用。

● 产品特点

  • 仪器非常轻便、携带方便。低功耗设计适合长时间测量。
  • 仪器外壳为防溅结构,防雨。
  • 计算机应用程序(SW控制软件)可安装在商务笔记本电脑(需要以太网)上。
  • 使用SW控制软件可进行高精度面波勘探分析。
  • 使用传统的一体机产品,计算机的数据处理功能往往趋于过时。相反的,使用本仪器。则可以根据需要选择计算机。
 


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