附加質(zhì)量法檢測精度的對比分析

徐夢璇　丁亮清

摘 要：依據(jù)糯扎渡水電工程中附加質(zhì)量法測定大壩堆石體密度的實例，簡述了附加質(zhì)量法的基本原理，對比坑測法分析了在不同錘擊距離產(chǎn)生的激振力對附加質(zhì)量法檢測結果的影響。

關鍵詞：附加質(zhì)量法；堆石體密度；錘擊距離

中圖分類號：TV223.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0017-02

針對糯扎渡水電工程堆石體大壩高強度填筑、大方量和長時間、多料源填筑施工作業(yè)，為了保證堆石壩施工質(zhì)量和工程進度，需要在施工過程中對填筑質(zhì)量進行實時跟蹤檢測、控制施工質(zhì)量、及時反饋和處理不合格部位，確保壩體填筑質(zhì)量?？訙y法是堆石體密度檢測的傳統(tǒng)方法，結果準確，但檢測效率低、代表性差、費時、費力、耗資大，且具有破壞性。附加質(zhì)量法具有快速、實時和相對準確的特點，目前該方法已經(jīng)在多個堆石壩工程中成功運用。為進一步提高在附加質(zhì)量法檢測精度，以坑測法的檢測結果為參照值分析了不同錘擊距離產(chǎn)生的激振力對附加質(zhì)量法檢測結果的影響。

1 附加質(zhì)量法的基本原理

不同壩料具有物理力學性質(zhì)的差異以及同一壩料在不同的工況下也有物理力學性質(zhì)的差異，這為采用附加質(zhì)量法測試堆石體密度提供了物理前提。

堆石體剛度（K）和堆石體參振質(zhì)量（m0）是反映堆石體物理力學性質(zhì)的兩個重要參數(shù)，也是求解堆石體密度（ρ）的關鍵環(huán)節(jié)。因此，測量堆石體剛度（K）和堆石體參振質(zhì)量（m0）的基本思路是：從模擬地基基礎振動模式入手，引入質(zhì)彈模型，采用附加質(zhì)量的辦法求解K和m0。

附加質(zhì)量法是將一定面積以下的堆石體等效為單自由度線性彈簧振動體系，理想的單自由度線性彈簧振動體系，完全彈性體的彈簧一端固定，另一端連接質(zhì)點m，依據(jù)單自由度彈簧體系的振動理論，將附加質(zhì)量和壓板等效為一根彈簧，實際構造的數(shù)學模型與理想模型的差別在于彈簧體上，彈性堆石體是具有質(zhì)量和體積的，而理想模型彈簧體是沒有質(zhì)量和體積的，為了解決這個因素，將振動單子改成一個可隨時改變的等差質(zhì)量Δm體—附加質(zhì)量，測出各級質(zhì)量下所對應體系的垂向自振頻率f，根據(jù)f與Δm的關系，即可求得壓板下的參振質(zhì)量m0。

m0的測試觀測系統(tǒng)見圖1，現(xiàn)場測試時，首先所擇測點，平整場地。然后，鋪上2 cm左右的細砂以作耦合用；再次，連接儀器設備，將承壓板平放在鋪平砂土的測點上，將拾振器粘合在承壓板中央，均勻加質(zhì)量塊于承壓板上，設置好信號采集參數(shù)進行采集。

波速VP的測試是采用時距解析法，觀測系統(tǒng)見圖2，波速測試曲線圖見圖3。

不同附加質(zhì)量基礎振動頻率f的測試過程為：利用附加質(zhì)量法信號采集軟件測定每一級附加質(zhì)量的震動信號，每一級震動信號采集兩次，通過對比兩次信號的主頻，如主頻一致，則該主頻為該級附加質(zhì)量的基礎振動頻率；如不一致，則重復采集，直到兩次信號主頻一致為止，依次測得各級附加質(zhì)量的基礎振動頻率。

采用率定系數(shù)法計算密度，需要測試波速度VP，彈性縱波速度VP按一般地震波時距解析法測定。VP的測試過程為：經(jīng)由測點中央布置一排拾振器，采用錘擊辦法激發(fā)地震波，用RSM-24F工程智能浮點動測儀采集各點的地震波傳播信息，做各點的地震時距曲線，P波曲線的反斜率即為VP，通過測試壓板的兩個方向的彈性縱波速度VP的平均值作為該測點的速度VP。

2 工程實例

糯扎渡水電工程屬大（1）型一等工程，大壩填筑碾壓之后的堆石體密度是否符合設計要求是判斷大壩填筑質(zhì)量好壞的一個重要的依據(jù)。

為了分析在不同錘擊距離產(chǎn)生的激振力對附加質(zhì)量法檢測結果的影響。我們在距離質(zhì)量塊中心分別為50 cm、75 cm、100 cm、125 cm、150 cm處進行錘擊，通過對比不同距離的錘擊點對比頻譜曲線峰值的一致性，及△m曲線的一致性及優(yōu)劣來找出最合適的錘擊距離。檢測工作布置圖見圖4，測試信號對比圖見圖5。

在距離質(zhì)量塊中心50 cm、75 cm、100 cm、125 cm、150 cm、處進行錘擊，分別進行測試的頻率及頻差見表1。

從表1中我們可以發(fā)現(xiàn)不同錘擊距離錘擊測試的頻率及頻差變化較大，因此我們進一步分析所得數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)與此處坑測法所得數(shù)據(jù)進行比較，測試結果如表2所示。

從表2中對比可見：

①選用45 kg重錘在距離質(zhì)量塊中心50 cm處測試信號記錄品質(zhì)比在距離質(zhì)量塊中心75 cm、100 cm、125 cm、150 cm處進行錘擊測試記錄好。

②在錘擊距離為50 cm處的干密度值與坑測值2.13 g/m3最為接近，誤差最小。

通過試驗對比，說明選用錘擊距離為距質(zhì)量塊中心點50 cm處誤差最小，附加質(zhì)量法的檢測精度最高。之后我們又進行了多組實驗驗證了這一結論。

3 結 語

從實驗結果分析：相對傳統(tǒng)的坑測法附加質(zhì)量法在檢測效率方面有明顯的優(yōu)勢，選擇合適的錘擊距離有利于進一步提高附加質(zhì)量法的檢測精度。在今后的工程應用中我們還需優(yōu)化其他檢測條件和現(xiàn)場檢測環(huán)境，使附加質(zhì)量法檢測精度得到進一步的提高。

參考文獻：

[1] 蔡加興，張志杰.附加質(zhì)量法用于測定大壩堆石體密度應用效果分析與評價[J].長江科學院院報，2008，（5）：186-190.