強(qiáng)夯對(duì)填方邊坡振動(dòng)效應(yīng)分析

秦偉華,韓云山,段偉,董潔,榮韶婧

(中北大學(xué)理學(xué)院,山西 太原 030051)

強(qiáng)夯對(duì)填方邊坡振動(dòng)效應(yīng)分析

秦偉華,韓云山,段偉,董潔,榮韶婧

(中北大學(xué)理學(xué)院,山西 太原 030051)

摘要:結(jié)合某工程實(shí)例,對(duì)其工程邊坡坡面與邊坡坡頂水平面的4000KN·M能級(jí)強(qiáng)夯振動(dòng)速度衰減規(guī)律進(jìn)行了測(cè)試分析。測(cè)試結(jié)果表明:隨著擊數(shù)的增加,夯坑的深度也在增大,強(qiáng)夯所產(chǎn)生的沖擊波的傳播方向在部分點(diǎn)所在平面以下,而沖擊波主要是向下和沿水平面?zhèn)鞑?向上傳播的能量很小。因此,邊坡坡面對(duì)水平徑向速度有放大作用,呈拋物線型衰減曲線,而邊坡坡頂水平面速度呈指數(shù)型衰減曲線。

關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯振動(dòng);邊坡;衰減曲線;速度

1引言

強(qiáng)夯法起源于法國(guó),由法國(guó)Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一種地基加固方法,是將幾十噸重錘從幾十米高處自由落下,這樣重復(fù)夯實(shí)基礎(chǔ),使它表層一定深度內(nèi)夯擊密實(shí)而提高地基的強(qiáng)度。強(qiáng)夯法施工設(shè)備簡(jiǎn)單、適用土質(zhì)范圍廣、加固效果好、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,從而被廣泛適用。雖然強(qiáng)夯法施工發(fā)展迅速,是一種有效的地基處理方法,但是強(qiáng)夯法施工會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波,對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面的影響。李潤(rùn)等[1]通過(guò)對(duì)實(shí)際工程強(qiáng)夯振動(dòng)測(cè)試,分析強(qiáng)夯振動(dòng)加速度、速度隨測(cè)點(diǎn)距離的衰減規(guī)律,提出強(qiáng)夯施工及加固建議;朱榮彬等[2]通過(guò)對(duì)廣州某變電站強(qiáng)夯場(chǎng)地強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境影響的監(jiān)測(cè)試驗(yàn),研究了施工工況、錘型、錘重、落距、夯擊次數(shù)對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)傳播的影響;蔣鵬等[3]通過(guò)強(qiáng)夯振動(dòng)數(shù)值模擬,總結(jié)了無(wú)論是徑向加速度,或是垂向加速度,沿徑向距離增加衰減很快。但上述測(cè)試實(shí)驗(yàn)均是對(duì)在強(qiáng)夯施工中水平面上的速度衰減規(guī)律進(jìn)行研究。因此,本文基于對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)速度對(duì)邊坡坡面和水平面的振動(dòng)效應(yīng),分析了邊坡坡面和邊坡坡頂水平面速度的傳播規(guī)律。

圖1　邊坡坡頂水平面夯點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)布置

2強(qiáng)夯振動(dòng)測(cè)試方案

2.1　工況及測(cè)點(diǎn)布置

陜西某石油工程建設(shè)場(chǎng)地位于陜西省北部,延安市南部。建設(shè)場(chǎng)地主要為回填濕陷性黃土,故整個(gè)場(chǎng)地采用強(qiáng)夯施工。強(qiáng)夯施工產(chǎn)生強(qiáng)大的振動(dòng)波,為測(cè)定強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)填方邊坡的振動(dòng)效應(yīng),決定對(duì)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯施工進(jìn)行強(qiáng)夯振動(dòng)檢測(cè)。

夯點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1、2,在整個(gè)邊坡坡面上布有2個(gè)夯點(diǎn)、邊坡坡頂水平面上1個(gè)夯點(diǎn),從坡肩到坡腳設(shè)有5個(gè)測(cè)點(diǎn),各夯點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)間距不等,每個(gè)測(cè)點(diǎn)上按水平徑向和垂直向布置傳感器,分別測(cè)量在不同夯擊次數(shù)下的振動(dòng)信號(hào)情況。在測(cè)點(diǎn)處將地面鏟平、壓實(shí),傳感器水平沿振動(dòng)衰減的測(cè)線方向置于測(cè)點(diǎn)處。傳感器與夯點(diǎn)1連線中心點(diǎn)的距離分別為3、5、7、9、13m,與夯點(diǎn)2連線中心店的距離是在夯點(diǎn)1的基礎(chǔ)上各測(cè)點(diǎn)距離都加上6m,夯點(diǎn)3采用12m等間距布點(diǎn)的方式。

圖2　邊坡坡面夯點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)布置

2.2　測(cè)試方法

測(cè)試采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DHDAS5956動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng);磁電式速度傳感器DH620。為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,在每次測(cè)量前都對(duì)整套系統(tǒng)和傳感器進(jìn)行標(biāo)定,并以定值進(jìn)行計(jì)算分析結(jié)果。當(dāng)夯錘舉起后,開(kāi)始進(jìn)入采集狀態(tài),采用離散采集:每夯擊一次采集一次數(shù)據(jù),記錄每擊下的強(qiáng)夯振動(dòng)信號(hào)。

3測(cè)試結(jié)果分析

3.1　邊坡坡面振動(dòng)

以4000KN·M能級(jí)強(qiáng)夯施工為例,對(duì)振動(dòng)速度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析,典型振動(dòng)速度實(shí)測(cè)波形圖(圖3)及對(duì)應(yīng)振動(dòng)頻譜分析圖(圖4)。通過(guò)對(duì)圖3、圖4分析:強(qiáng)夯振動(dòng)引起的地面振動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短,基本在1s以內(nèi),振動(dòng)主頻在5~14Hz之間,不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

圖3　典型速度

圖4　典型速度頻譜分析

取夯點(diǎn)1、夯點(diǎn)2下第10擊振動(dòng)速度進(jìn)行分析,現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)速度見(jiàn)表1,各測(cè)點(diǎn)峰值速度隨距離的衰減規(guī)律曲線見(jiàn)圖5、6。通過(guò)觀察圖5、6可知,坡面質(zhì)點(diǎn)水平徑向振動(dòng)速度隨距夯點(diǎn)距離的增大呈先增大后減小的規(guī)律,垂直豎直向振動(dòng)速度隨距夯點(diǎn)距離的增大而減小。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與結(jié)果分析:

圖5　夯點(diǎn)2水平和垂直速度隨距離的變化

圖6　夯點(diǎn)3水平和垂直速度隨距離的變化

隨著擊數(shù)的增加,夯坑的深度也在增大,強(qiáng)夯所產(chǎn)生的沖擊波的傳播方向在部分點(diǎn)所在平面以下,而沖擊波主要是向下和沿水平面?zhèn)鞑?向上傳播的能量很小,因此,離夯點(diǎn)近的某些點(diǎn)的速度會(huì)變小,呈現(xiàn)拋物線型的衰減曲線。

3.2　邊坡坡頂水平面振動(dòng)

取夯點(diǎn)3下第9擊振動(dòng)速度進(jìn)行分析,現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)速度見(jiàn)表2,各測(cè)點(diǎn)峰值速度隨距離的衰減規(guī)律曲線見(jiàn)圖7。觀察圖7可知,邊坡坡頂水平面質(zhì)點(diǎn)水平徑向振動(dòng)速度隨距夯點(diǎn)距離的增大而減小,豎直垂直向振動(dòng)速度隨距夯點(diǎn)距離的增大而減小可知隨著強(qiáng)夯次數(shù)的增加,夯坑深度在不斷增加,進(jìn)而導(dǎo)致沖擊波傳遞向地面?zhèn)鬟f的能量減少。因此,邊坡坡頂水平面速度呈現(xiàn)指數(shù)線型衰減曲線。

圖7　夯點(diǎn)1水平和垂直速度隨距離的變化

3.3　結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)觀察表1、表2,邊坡坡面對(duì)水平徑向速度有放大作用,較測(cè)點(diǎn)1增幅:夯點(diǎn)1下坡中最大增幅為28.68%,坡腳增幅為3.14%。詳見(jiàn)表3。

表1　邊坡坡面水平徑向和豎直垂直向速度實(shí)測(cè)值

表2　邊坡坡頂水平面速度實(shí)測(cè)值

表3　坡面水平徑向速度隨距離增加的增幅

4結(jié)語(yǔ)

(1)強(qiáng)夯振動(dòng)引起的地面振動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短,基本在1s以內(nèi),振動(dòng)主頻在5~14Hz之間,不會(huì)引起共振現(xiàn)象。

(2)邊坡坡面質(zhì)點(diǎn)水平徑向振動(dòng)速度隨距夯點(diǎn)距離的增大先增大后減小,垂直豎直向振動(dòng)速度隨距夯點(diǎn)距離的增大而減小;邊坡坡頂水平面質(zhì)點(diǎn)水平徑向與豎直垂直向振動(dòng)速度均隨距夯點(diǎn)距離的增大而減小。

中圖分類號(hào):TU472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-9944(2015)01-0257-03

通訊作者:韓云山(1971—),男,山西運(yùn)城人,博士,副教授,主要從事地基處理方面的研究。

作者簡(jiǎn)介:秦偉華(1989—),男,山西侯馬人,中北大學(xué)理學(xué)院碩士研究生。

基金項(xiàng)目:山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào):20130313010-3)資助

收稿日期:2014-11-20