王紅梅 王 潔

(1．華通路橋集團有限公司，山西 陽泉 045000; 2．河北工業(yè)大學，天津 300000)

砂土地基CBR 值的剪切波速分析模型實驗研究

王紅梅1王 潔2

(1．華通路橋集團有限公司，山西 陽泉 045000; 2．河北工業(yè)大學，天津 300000)

在國內外文獻及相關研究的基礎上，通過室內實驗進一步研究承載比(CBR)與砂性地基土剪切波速之間的規(guī)律，建立了砂性地基土CBR值的剪切波速分析模型，并應用于粘土和粉土地基中，實踐證明：該模型在不破損道面的前提下獲取砂土地基的CBR值，減少了評估費用。

剪切波速，干密度，模型

目前路面承載力測定方法分破損試驗和非破損試驗兩類。破損試驗的主要方法是鉆芯取樣，通過對路面各結構層的芯樣進行物理、力學試驗而檢測到路面的承載力。傳統(tǒng)的破壞性試驗較直接，但要中斷路面使用，修補后路面的完整性也會受到一定影響［2］。而對于承載比(CBR)，國內外大多數(shù)是利用FWD現(xiàn)場彎沉測試的結果進行推算得出，并未對其與剪切波速之間的關系給予重視。而本文的意義在于對已經修筑完畢的路面，在其定期評價路面強度的時候，不可能將已經修好的路面破壞再測試其地基的CBR值，而是通過測量剪切波速vs來間接測定路面的承載比(CBR)值，可以達到不影響路面的使用，做到真正意義上的無損檢測。

表1 砂土CBR值處理數(shù)據(jù)總表

圖1 砂土含水率與CBR值的關系圖

1 基本理論

加州承載比是早年由美國加利福尼亞州提出的一種評定土基及其他道面材料承載力的指標。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質量標準碎石為標準，他們的相對比值即為CBR值［3］。承載比試驗在世界各地得到廣泛應用，已成為公路和機場跑道的路面設計及路基填土的質量控制指標。剪切波速vs是當前工程場地地震安全性評價和地震小區(qū)劃工作中必備的參數(shù)之一，在土層地震反應分析中一個重要參數(shù)。剪切波速反映了土層的剛度特征，并且對場地地震動參數(shù)有顯著影響。即剪切波速是關乎場地反應結果精度的一個重要參數(shù)，故剪切波速的測試與估計是一個重要的工作。通過建立起承載比(CBR)與剪切波速之間的數(shù)學關系，我們可以用來取代一些傳統(tǒng)的測量方法對地基的承載比(CBR)進行無損測量。

圖2 砂土干密度（g/cm3）與CBR值的關系圖

表2 砂土剪切波速測量數(shù)據(jù)表

2 實驗方法及過程簡介

1)取土：進行土顆粒分析實驗，采用篩析法進行測定;測定含水率。2)試件制備：取砂土土樣，分別按5%，8%，10%，12%四種設計含水率配制。采用三個金屬筒輪流制作試件。利用JDS-1型電動數(shù)控擊實儀，每一個土樣試件采用三層擊實，擊實次數(shù)分別為30次、50次、98次。3)利用測力計式荷載裝置測量每個試件的承載比(CBR)。4)土樣剪切波速測量儀器為GJY-1工程儀測量計算時間的剪切波速。

3 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理

1)砂土CBR值與含水率、干密度的關系見表1。

砂土CBR值隨著其含水率的增大而減小(見圖1)。

砂土CBR值隨著其干密度增大而增大(見圖2)。

2)砂土的剪切波速(m/s)與其含水率、干密度(g/cm3)的關系，見表2。

由表2中的數(shù)據(jù)可以得出砂土的剪切波速(m/s)與其含水率、干密度(g/cm3)的關系見圖3，圖4。由圖3可知，隨著砂土含水率的增大，測得的剪切波速逐漸減小。

由圖4可以得出，砂土的剪切波速隨著其干密度的增加而增加。

4 模型建立

砂土的CBR與其含水率成反比，與其干密度成正比關系，而且砂土的剪切波速與其含水率同樣成反比，與干密度成正比關系，因此，推斷砂土CBR值與其剪切波速以及干密度成正比關系，與其含水率成反比關系，建立以下模型：

其中，CBR為地基承載比值;Vs為剪切波速值，m/s;ρd為干密度，g/cm3;ω 為含水率;α，β，χ，δ均為模型系數(shù)。

在改變β，χ，δ的數(shù)值時發(fā)現(xiàn)增大β，χ系數(shù)時，模型的相關系數(shù)增大較大，在經過17組數(shù)據(jù)的試算之后發(fā)現(xiàn)，當β=8，χ=3，δ=1時，模型相關系數(shù)達到0．851 925(見表3)，再剔除第六組殘差較大的數(shù)據(jù)之后(見表4)，模型的相關系數(shù)達到了0．952 772(見表5)，由于CBR值是一個無量綱值，所以必須將模型無量綱化：

其中，CBR為地基承載比值;Vs為剪切波速值，m/s;ρd為干密度，g/cm3;ω 為含水率;V0為1 m/s;ρ0為1 g/cm3。

砂土修正模型殘差表見表6，砂土修正模型系數(shù)表見表7。

砂土模型值與實測值比較圖見圖5。

圖3 砂土不同含水率與剪切波速(m/s)關系圖

圖4 砂土不同干密度（g/cm3）與剪切波速(m/s)關系圖

表3 砂土模型回歸統(tǒng)計表

表4 砂土模型殘差表

表5 砂土修正模型回歸統(tǒng)計表

5 結論

根據(jù)式(2)的分析模型，可以在柔性路面的地基土剪切波速、干密度和含水率已知的情況下，大致確定砂性地基土的CBR值，并進一步可以得到路面強度信息，進一步確定路面的實際承載能力，防止路面產生過大的應力和變形以致遭到破壞，妨礙正常使用和行車安全。

表6 砂土修正模型殘差表

表7 砂土修正模型系數(shù)表

圖5 砂土模型值與實測值比較圖

與傳統(tǒng)的落錘式彎沉儀方法相比，對于已修路面來說，通過我們建立的分析模型可以在不破損道面的前提下獲取砂性地基土的CBR值，這樣就很大程度上減少了評估費用，也使得評估工作更加方便、快捷。同時也為以后的地基土CBR值研究提供參考。

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The experimental research on shear wave velocity analysis model of sand sub-grade CBR value

WANG Hong-mei1WANG Jie2

(1．Huatong Road ＆ Bridge Group Limited Company，Yangquan 045000，China; 2．Hebei University of Technology，Tianjin 300000，China)

Based on the related research of literature at home and abroad，through the indoor experiment further research on the role of bearing ratio(CBR)and sand foundation soil shear wave velocity，established the shear wave velocity analysis model of sand foundation soil CBR value，and applied to clay and silty soil foundation，the practice proved that：in promise of not damaged pavement this model got sand foundation CBR value，reduced the assessment cost．

shear-wave velocity，dry-density，model

TU470

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.125

1009-6825(2013)10-0068-03

2013-01-08

王紅梅(1972-)，女，工程師; 王 潔(1987-)，女，在讀碩士