王紅梅 王 潔

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

砂土地基CBR 值的剪切波速分析模型實(shí)驗(yàn)研究

王紅梅1王 潔2

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

在國內(nèi)外文獻(xiàn)及相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(yīng)用于粘土和粉土地基中，實(shí)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(píng)估費(fèi)用。

剪切波速，干密度，模型

目前路面承載力測(cè)定方法分破損試驗(yàn)和非破損試驗(yàn)兩類。破損試驗(yàn)的主要方法是鉆芯取樣，通過對(duì)路面各結(jié)構(gòu)層的芯樣進(jìn)行物理、力學(xué)試驗(yàn)而檢測(cè)到路面的承載力。傳統(tǒng)的破壞性試驗(yàn)較直接，但要中斷路面使用，修補(bǔ)后路面的完整性也會(huì)受到一定影響［2］。而對(duì)于承載比(CBR)，國內(nèi)外大多數(shù)是利用FWD現(xiàn)場(chǎng)彎沉測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行推算得出，并未對(duì)其與剪切波速之間的關(guān)系給予重視。而本文的意義在于對(duì)已經(jīng)修筑完畢的路面，在其定期評(píng)價(jià)路面強(qiáng)度的時(shí)候，不可能將已經(jīng)修好的路面破壞再測(cè)試其地基的CBR值，而是通過測(cè)量剪切波速vs來間接測(cè)定路面的承載比(CBR)值，可以達(dá)到不影響路面的使用，做到真正意義上的無損檢測(cè)。

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(guān)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(píng)定土基及其他道面材料承載力的指標(biāo)。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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，他們的相對(duì)比值即為CBR值［3］。承載比試驗(yàn)在世界各地得到廣泛應(yīng)用，已成為公路和機(jī)場(chǎng)跑道的路面設(shè)計(jì)及路基填土的質(zhì)量控制指標(biāo)。剪切波速vs是當(dāng)前工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)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(yīng)分析中一個(gè)重要參數(shù)。剪切波速反映了土層的剛度特征，并且對(duì)場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)有顯著影響。即剪切波速是關(guān)乎場(chǎng)地反應(yīng)結(jié)果精度的一個(gè)重要參數(shù)，故剪切波速的測(cè)試與估計(jì)是一個(gè)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(xué)關(guān)系，我們可以用來取代一些傳統(tǒng)的測(cè)量方法對(duì)地基的承載比(CBR)進(jìn)行無損測(cè)量。

圖2 砂土干密度（g/cm3）與CBR值的關(guān)系圖

表2 砂土剪切波速測(cè)量數(shù)據(jù)表

2 實(shí)驗(yàn)方法及過程簡(jiǎn)介

1)取土：進(jìn)行土顆粒分析實(shí)驗(yàn)，采用篩析法進(jìn)行測(cè)定;測(cè)定含水率。2)試件制備：取砂土土樣，分別按5%，8%，10%，12%四種設(shè)計(jì)含水率配制。采用三個(gè)金屬筒輪流制作試件。利用JDS-1型電動(dòng)數(shù)控?fù)魧?shí)儀，每一個(gè)土樣試件采用三層擊實(shí)，擊實(shí)次數(shù)分別為30次、50次、98次。3)利用測(cè)力計(jì)式荷載裝置測(cè)量每個(gè)試件的承載比(CBR)。4)土樣剪切波速測(cè)量?jī)x器為GJY-1工程儀測(cè)量計(jì)算時(shí)間的剪切波速。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理

1)砂土CBR值與含水率、干密度的關(guān)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(guān)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(guān)系見圖3，圖4。由圖3可知，隨著砂土含水率的增大，測(cè)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(guān)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(guān)系，因此，推斷砂土CBR值與其剪切波速以及干密度成正比關(guān)系，與其含水率成反比關(guān)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?chǔ)?，χ，δ的?shù)值時(shí)發(fā)現(xiàn)增大β，χ系數(shù)時(shí)，模型的相關(guān)系數(shù)增大較大，在經(jīng)過17組數(shù)據(jù)的試算之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)β=8，χ=3，δ=1時(shí)，模型相關(guān)系數(shù)達(dá)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(guān)系數(shù)達(dá)到了0．952 772(見表5)，由于CBR值是一個(gè)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(shí)測(cè)值比較圖見圖5。

圖3 砂土不同含水率與剪切波速(m/s)關(guān)系圖

圖4 砂土不同干密度（g/cm3）與剪切波速(m/s)關(guān)系圖

表3 砂土模型回歸統(tǒng)計(jì)表

表4 砂土模型殘差表

表5 砂土修正模型回歸統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)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(jìn)一步可以得到路面強(qiáng)度信息，進(jìn)一步確定路面的實(shí)際承載能力，防止路面產(chǎn)生過大的應(yīng)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(shí)測(cè)值比較圖

與傳統(tǒng)的落錘式彎沉儀方法相比，對(duì)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(píng)估費(fèi)用，也使得評(píng)估工作更加方便、快捷。同時(shí)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