一种面波法探测路基深层填筑质量的方法技术

本发明专利技术提供了一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，包括以下步骤：步骤S1、选取试验路段进行回填料铺筑检测；步骤S2、在试验路段中等距离布置不同的波速测试点；步骤S3、压实度测量完之后，工作人员对巨粒土含水率的测定；步骤S4、通过采用遗传算法对试验数据进行分析，分析研究出土层深度、不同填料含水率和颗粒级配因素与瑞雷波传播特性之间的关系；步骤S5、采用有限元法计算分析边界条件对波传播特性的影响；步骤S6、通过拟合公式研究不同材料类型的湿密度、干密度和孔隙比因素和瑞雷波速之间的关系；步骤S7、结合瑞雷波方法、灌水法和表面沉降观测，建立波速特性与土体特性参数之间的关联性；本发明专利技术能够对回填料的质量和压实度进行检测。实度进行检测。实度进行检测。

【技术实现步骤摘要】
一种面波法探测路基深层填筑质量的方法


[0001]本专利技术涉及路基深层填筑质量检测
，特别是一种面波法探测路基深层填筑质量的方法。

技术介绍

[0002]目前国内公路施工往往构造物先行施工，在施工中待一般路基成形后，在构造物两端台背后留下一个缺口。而留设缺口时，分层留设的台阶往往未达到0.20
×
1.5m的宽度。当构造物完成对台背缺口进行施工时，由于压实机械的作业面狭小而使压实不到位，特别是台下及台、墙后侧及翼墙内侧要达到规范要求的不小于96％的压实度更有一定的难度。加之部分施工单位使用倾填施工，压实分层不明显，或根本未使用分层压实法，导致该处路基压实质量下降，通车后由于行车荷载反复的作用，引起该处路基的压缩沉降。随着高速公路往山区发展，涵洞、通道、桥梁等构造物在公路里程里所占的比例越来越大，回填质量不高导致的桥(涵)头跳车现象应引起我们足够的重视。
[0003]目前常用的路基填料压实度检测方法和手段包括环刀法、灌水法、灌砂法等。这些方法虽然操作简单，但是测试过程中破坏结构层，人为因素影响大，含水率测定时间长，而且在回填结束的情况下均无法获知深层土体的压实度。因此上述方法在实际使用中均受到重重限制，而且对其结论的代表性需要做进一步探讨。回填料质量检测中，除了上述方法，对于粗颗粒及巨粒组较多的情况，由于最大干密度获取困难，常采用表面沉降法即用沉降量或沉降率作为控制指标，但是规范中缺乏采用表面沉降法中的沉降量及沉降率两种指标进行压实评价的评定方法，而且单独采用沉降量或沉降率进行控制不合适宜，需结合施工工艺参数联合进行评价。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能够对回填料的质量和压实度进行检测的面波法探测路基深层填筑质量的方法。
[0005]本专利技术采用以下方法来实现：
[0006]一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、选取试验路段进行回填料铺筑检测，铺筑好试验路段后，通过碾压机械来测量确定土层技术参数；
[0008]步骤S2、在试验路段中等距离布置不同的波速测试点，用于测试不同密实状态下回填料的波速情况，在波速测试点的位置采用灌砂法或灌水法得到试验路段回填料的压实度；
[0009]步骤S3、压实度测量完之后，工作人员对巨粒土含水率的测定，以60mm为分界，分开测定大于60mm颗粒与小于60mm颗粒的含水率，通过计算得出整体含水率；
[0010]步骤S4、通过采用遗传算法分析研究出土层深度、不同填料含水率和颗粒级配因素与瑞雷波传播特性之间的关系；
[0011]步骤S5、通过瑞雷波理论基于半无限大空间，从而采用有限元法计算分析边界条件对波传播特性的影响；
[0012]步骤S6、通过拟合公式研究不同材料类型的湿密度、干密度和孔隙比因素和瑞雷波速之间的关系，并分析不同种类回填料中瑞雷波的传播和能量变化特征；
[0013]步骤S7、结合步骤S2至步骤S6和表面沉降观测方法，能够建立瑞雷波波速特性与土体特性参数之间的关联性，从而实现路基深层填筑的质量探测。
[0014]进一步的，所述步骤S3中的回填料的巨粒、粗粒和细粒中的颗粒持水能力存在差异，以60mm为分界，分别测定大于60mm颗粒和小于60mm颗粒的含水率，按下式求出整体含水率：
[0015]w＝w
f
p
f
+w
c
(1-p
f
)
[0016]式中，w为整体含水率，％，计算至0.01；w
f
为小于60mm颗粒含水率，％；w
c
为大于60mm 颗粒的含水率，％；p
f
为小于60mm颗粒的干质量与全部材料干质量之比。
[0017]进一步的，所述步骤S3中的瑞雷波传播特性是在在自由界面以下均匀各向同性的弹性介质中，瑞雷面波振动的水平分量Dx和垂直位移分量Dz的实部可分别由下列表达式表示：
[0018][0019]式中，K
R
、K
P
和K
S
分别为瑞雷波、纵波和横波的圆波数；x和z分别为传播距离和深度；衰减系数a和b分别与波数有关，B是和能量有关的常数；从上式能看出，瑞雷面波的质点位移不仅与其频率、传播速度、深度有关，而且与介质的性质密切相关。
[0020]进一步的，所述步骤S2中的波速测试是将瑞雷波的视速度转换为瑞雷波的层速度以及给出剪切波的速度进行计算，瑞雷波的视速度转换为层速度的计算公式为：视速度V
R
随深度H增大而增大时，
[0021][0022]视速度V
R
随深度H增大而减小时，
[0023][0024]式中，H
n
：第n个频散点的深度；H
n-1
：第n-1个频散点的深度；V
R，n
：第n个频散点以上深度范围内平均瑞雷波速度；V
R，n-1
：第n-1个频散点以上深度范围内平均瑞雷波速度；V
R，m
：第H
n
－H
n-1
深度间岩土体的瑞雷波速度，即瑞雷波层速度。
[0025]进一步的，所述步骤S4中的遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，所
述遗传算法求解过程包括以下步骤：
[0026]步骤S40、模型参数编码，设编码长度为k，把模型中每个参数的变化区间等分成2
k-1
个子区间，则模型参数变化空间被离散成(2
k
)
p
个参数网格点。其中每个网格点视为一个个体，代表模型p个参数的一种可能取值状态，并用p个k位二进制表示，通过编码将十进制数转化为二进制串；
[0027]步骤S41、产生第一个个体，即为初始种群，从所述(2
k
)
p
个网格点中随机选取n个点作为初始父代；
[0028]步骤S42、计算个体的适应度，取目标函数值作为个体的适应度值，并判断是否符合优化准则，符合，则输出最佳个体及其代表的最优解，结束计算；不符合，则转向步骤S43；
[0029]步骤S43、将适应度高的个体进行复制后添入到新群体中，删除适应度低的个体；
[0030]步骤S44、随机选出个体对，进行片段交叉换位，产生新个体对；
[0031]步骤S45、随机改变某个体的某个字符，从而得到新个体；
[0032]步骤S46、由上步得到的n个子代个体作为新的父代，重复步骤S32～步骤S34，生成下一代
→
重新评价
→
选择
→
交叉
→
变异，直到准则函数Q不再变化或新一代中的最小Q值与上一代中的最小Q值满足一定精度要求为止，则最后一代中函数Q值最小的那个编码本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、选取试验路段进行回填料铺筑检测，铺筑好试验路段后，通过碾压机械来测量确定土层技术参数；步骤S2、在试验路段中等距离布置不同的波速测试点，用于测试不同密实状态下回填料的波速情况，在波速测试点的位置采用灌砂法或灌水法得到试验路段回填料的压实度；步骤S3、压实度测量完之后，工作人员对巨粒土含水率的测定，以60mm为分界，分开测定大于60mm颗粒与小于60mm颗粒的含水率，通过计算得出整体含水率；步骤S4、通过采用遗传算法分析研究出土层深度、不同填料含水率和颗粒级配因素与瑞雷波传播特性之间的关系；步骤S5、通过瑞雷波理论基于半无限大空间，从而采用有限元法计算分析边界条件对波传播特性的影响；步骤S6、通过拟合公式研究不同材料类型的湿密度、干密度和孔隙比因素和瑞雷波速之间的关系，并分析不同种类回填料中瑞雷波的传播和能量变化特征；步骤S7、结合步骤S2至步骤S6和表面沉降观测方法，能够建立瑞雷波波速特性与土体特性参数之间的关联性，从而实现路基深层填筑的质量探测。2.根据权利要求1所述的一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，其特征在于：所述步骤S3中的回填料的巨粒、粗粒和细粒中的颗粒持水能力存在差异，以60mm为分界，分别测定大于60mm颗粒和小于60mm颗粒的含水率，按下式求出整体含水率：w＝w
f
p
f
+w
c
(1-p
f
)式中，w为整体含水率，％，计算至0.01；w
f
为小于60mm颗粒含水率，％；w
c
为大于60mm颗粒的含水率，％；p
f
为小于60mm颗粒的干质量与全部材料干质量之比。3.根据权利要求1所述的一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，其特征在于：所述步骤S3中的瑞雷波传播特性是在在自由界面以下均匀各向同性的弹性介质中，瑞雷面波振动的水平分量Dx和垂直位移分量Dz的实部可分别由下列表达式表示：式中，K
R
、K
P
和K
S
分别为瑞雷波、纵波和横波的圆波数；x和z分别为传播距离和深度；衰减系数a和b分别与波数有关，B是和能量有关的常数；从上式能看出，瑞雷面波的质点位移不仅与其频率、传播速度、深度有关，而且与介质的性质密切相关。4.根据权利要求1所述的一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，其特征在于：所述步骤S2中的波速测试是将瑞雷波的视速度转换为瑞雷波的层速度以及给出剪切波的速度进行计算，瑞雷波的视速度转换为层速度的计算公式为：视速度V
R
随深度H增大而增大时，
视速度V
R
随深度H增大而减小时，式中，H
n
：第n个频散点的深度；H
n-1
：第n-1个频散点的深度；V
R，n
：第n个频散点以上深度范围内平均瑞雷波速度；V
R，n-1
：第n-1个频散点以上深度范围内平均瑞雷波速度；V
R，m
：第H
n
－H
n-1
深度间岩土体的瑞雷波速度，即瑞雷波层速度。5.根据权利要求1所述的一种面波法探测路基深层填筑质量的方法，其特征在于：所述步骤S4中的遗传算法是模拟达...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨相如，李林峰，
申请(专利权)人：福建船政交通职业学院，
类型：发明
国别省市：