土石壩工程土工試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)綜述

郭建軍，張同慧

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 引言

土工試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)通常分為室內(nèi)試驗(yàn)、原位試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等幾個(gè)方面。隨著整體測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)將會(huì)取得突破性進(jìn)展?？焖俸蜔o損測(cè)試技術(shù)以及虛擬測(cè)試技術(shù)將會(huì)在土石壩工程測(cè)試技術(shù)中得到較廣泛的應(yīng)用，而及時(shí)有效地利用其他學(xué)科科學(xué)技術(shù)的成果，對(duì)推動(dòng)土石壩工程領(lǐng)域的測(cè)試技術(shù)發(fā)展起到越來越重要的作用。如電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)、光學(xué)測(cè)試技術(shù)、航測(cè)技術(shù)、電、磁場(chǎng)測(cè)試技術(shù)、聲波測(cè)試技術(shù)、遙感測(cè)試技術(shù)等方面的新進(jìn)展都有可能在土石壩工程測(cè)試方面找到應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)，對(duì)測(cè)試結(jié)果的可靠性、可重復(fù)性方面將會(huì)得到很大地提高。由于整體科技水平的提高，以及測(cè)試模式的改進(jìn)及測(cè)試儀器精度的改善，最終將導(dǎo)致土石壩工程施工測(cè)試結(jié)果在可信度方面得到大大改進(jìn)。

2 土工試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

土工試驗(yàn)作為研究和測(cè)定土的工程性質(zhì)的重要手段，擔(dān)負(fù)著為土石壩工程設(shè)計(jì)、施工提供主要參數(shù)，為土石壩工程科學(xué)研究提供理論數(shù)據(jù)并進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證的艱巨史命。在新技術(shù)革命的浪潮中，土工試驗(yàn)是巖土工程領(lǐng)域中吸收并應(yīng)用新技術(shù)成果最迅速，也是最廣泛的學(xué)科之一。土工試驗(yàn)應(yīng)用新技術(shù)的動(dòng)因來自兩方面：其一，當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了土工試驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步；其二，日趨復(fù)雜的巖土工程問題對(duì)土工試驗(yàn)應(yīng)用新技術(shù)不斷提出更高的要求。

2.1 土工室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

從土石壩工程室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展來看，國(guó)內(nèi)外新技術(shù)在土工試驗(yàn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)在土工試驗(yàn)中的應(yīng)用；二是利用高新技術(shù)研制出一批性能更好、自動(dòng)程度更高的土工試驗(yàn)儀器；三是相關(guān)學(xué)科新技術(shù)的發(fā)展與巖土工程科學(xué)研究及實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，所孕育出的土工試驗(yàn)新方法。

其中計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)在土工試驗(yàn)中的應(yīng)用，上世紀(jì)70年代初起源于英美及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，80年代初我國(guó)的一些科研單位和高校從這些國(guó)家引進(jìn)了一批當(dāng)時(shí)在國(guó)際上比較先進(jìn)的土工試驗(yàn)儀器設(shè)備，其中先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)通過國(guó)內(nèi)有關(guān)單位及部門的共同努力和研究，已初步形成了我國(guó)自己的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)模式，并且在80年代后期，土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，使土工試驗(yàn)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)日臻完善。

新技術(shù)在土工試驗(yàn)儀器研制中的應(yīng)用，是利用計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制，使土工試驗(yàn)儀器具有更強(qiáng)的功能、更高的自動(dòng)化及智能化水平，是近年來土工試驗(yàn)儀器研制的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。智能化、自動(dòng)化儀器的種類日益增多，如等梯度固結(jié)儀和智能三軸儀為典型代表。

在相關(guān)學(xué)科新技術(shù)的發(fā)展與巖土工程科學(xué)研究及實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合所孕育出的土工試驗(yàn)新方法方面，如現(xiàn)代光電技術(shù)在土工試驗(yàn)儀器中的應(yīng)用，其典型范例為光透射式粒度分析儀在細(xì)粒土的顆粒分析試驗(yàn)中應(yīng)用。傳統(tǒng)的移液管法和比重儀法，對(duì)試驗(yàn)人員的熟練程度要求較高，試驗(yàn)操作麻煩，周期較長(zhǎng)，由于試驗(yàn)中對(duì)懸浮液均有一定程度的擾動(dòng)，對(duì)試驗(yàn)精度也有一些影響；而光透射式粒度分析儀，是利用重力沉降測(cè)量中的“斯托克斯定律”，采用消光沉降法的原理設(shè)計(jì)的，通過用消光法測(cè)量懸浮液一定高度處顆粒濃度與沉降時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，就可以計(jì)算沉降顆粒的累積粒度分布曲線。在土工試驗(yàn)新方法的研究和應(yīng)用中，對(duì)巖土工程領(lǐng)域影響最大的莫過于土工離心模擬技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)眾多的研究機(jī)構(gòu)致力于土工試驗(yàn)離心模擬技術(shù)的研究及土工離心模擬試驗(yàn)機(jī)的研制和工程應(yīng)用。對(duì)巖土工程而言，由土的自重引起的應(yīng)力通常占支配地位，土的力學(xué)特性隨應(yīng)力水平而變化，常規(guī)小比例尺模型由于其自重產(chǎn)生的應(yīng)力遠(yuǎn)低于原型，因而不能再現(xiàn)原型的特性。解決這一問題的唯一途徑是提高模型的自重，使之與原型等效，其中最有效的方法是將模型置于特制的離心機(jī)中，使1/n縮尺的模型在ng離心加速度的空間進(jìn)行試驗(yàn)，由于慣性力與重力完全等效，且高加速度不會(huì)改變工程材料的性質(zhì)，從而使模型與原型的應(yīng)力應(yīng)變相等、變形相似、破壞機(jī)理相同，能再現(xiàn)原型特性，這就是土工試驗(yàn)離心模擬技術(shù)的獨(dú)到之處。從國(guó)內(nèi)外已有資料看，土工離心模擬試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用范圍極其廣泛，幾乎涉及所有巖土工程有關(guān)的基本建設(shè)工程，如檢查工程設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理性及安全可靠性、對(duì)已建工程的安全可靠性進(jìn)行重新檢查、校正數(shù)據(jù)值分析以及對(duì)巖土體的抗震試驗(yàn)等方面均起到十分重要的作用。

2.2 土工原位試驗(yàn)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

土工原位測(cè)試技術(shù)在土石壩工程中的運(yùn)用主要集中在前期設(shè)計(jì)階段，其目的是通過原位測(cè)試手段探明工程地質(zhì)條件，從而為設(shè)計(jì)提供相關(guān)參數(shù)。原位測(cè)試技術(shù)由于其不需要取樣、連續(xù)測(cè)試等優(yōu)點(diǎn)，在巖土工程中得到廣泛的運(yùn)用和發(fā)展。原位測(cè)試是指在基本保持原來的含水量、天然結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力狀態(tài)下，對(duì)地基土物理力學(xué)特性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。主要是通過數(shù)學(xué)理論公式處理，以此來估算出力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而確定巖土工程狀態(tài)。一般工程采用的原位試驗(yàn)技術(shù)包括CPT、BAT、TDR三種方法。

CPT技術(shù)是原位測(cè)試技術(shù)常用的一種方法，它的優(yōu)點(diǎn)：不需采樣、方便快捷、干擾小、數(shù)據(jù)多、費(fèi)用低廉等，廣泛應(yīng)用在高等級(jí)公路建設(shè)等大型工程中?，F(xiàn)在CPT技術(shù)發(fā)展迅速，探頭的種類、原理都有很大的創(chuàng)新，而我國(guó)巖土測(cè)試中一般采用上世紀(jì)中葉的單橋靜力觸探和雙橋靜力觸探技術(shù)，近幾十年內(nèi)沒有發(fā)展，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際先進(jìn)的CPT技術(shù)。近期東南大學(xué)進(jìn)行了相關(guān)的課題研究，正在積極的同世界先進(jìn)技術(shù)接軌。

BAR技術(shù)是由瑞典科學(xué)家在上世紀(jì)80年代提出的并且用其名字簡(jiǎn)寫命名的，它應(yīng)用于專業(yè)測(cè)試地基原位孔隙壓力以及固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)，此項(xiàng)技術(shù)在歐洲和美國(guó)應(yīng)用十分廣泛。我國(guó)在90年代由浙江大學(xué)引進(jìn)并且應(yīng)用到了工程實(shí)際中，BAR系統(tǒng)的主要構(gòu)成有：濾頭、玻璃容器、電子壓力傳感器、控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備。具體的工作方法主要是分析測(cè)試地域的水壓和玻璃容器的水壓正負(fù)關(guān)系，從而計(jì)算出固結(jié)土的原位滲透系數(shù)。另外，對(duì)于地基水平的測(cè)試過程，主要利用濾頭貫入，引起超靜孔隙水壓消散，在這個(gè)過程中采用特制的圓柱形空腔和一維的固結(jié)理論分析求取水平固結(jié)系數(shù)；同時(shí)還能夠取得水的樣本，是一種很有前途的原位測(cè)試方法。

TDR技術(shù)的中文翻譯為時(shí)間域反射測(cè)量技術(shù)，它是從其他的應(yīng)用技術(shù)拓展到巖石和土工測(cè)試中來的，最早此類技術(shù)應(yīng)用在物體的定位和輪廓確定，其技術(shù)的主要核心就是利用電磁波反射原理的遙測(cè)技術(shù)。具體的設(shè)備主要部件由探頭、同軸電纜、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，一般應(yīng)用于土體的含水量以及和其相關(guān)的電導(dǎo)率等的測(cè)定，對(duì)于監(jiān)測(cè)巖土的形變、含水量等很有效。在應(yīng)用方面美國(guó)已經(jīng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，近幾年研制出了新型的性價(jià)比高的探頭，能夠在大型室內(nèi)模型試驗(yàn)應(yīng)用，在以后的巖土監(jiān)測(cè)應(yīng)用上十分有市場(chǎng)。

2.3 土工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在土工測(cè)試技術(shù)發(fā)展過程中是一個(gè)重要的進(jìn)步，其在土工測(cè)試中占有重要的地位。近些年自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大大推進(jìn)了巖石和土工監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，如光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)以及無線傳感技術(shù)，其中光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)是當(dāng)下土工監(jiān)測(cè)技術(shù)的主流，基本上取代了大型項(xiàng)目中的人工監(jiān)測(cè)。首次利用光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)是在1989年，由Mendzez應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)控中，此后發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛采用光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)，大大發(fā)展了此項(xiàng)技術(shù)，使得光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)日益成熟。與此同時(shí)，我國(guó)光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)比較落后，但是正在趕超國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)的監(jiān)測(cè)技術(shù)主要集中在高等院校以及國(guó)家級(jí)的重大項(xiàng)目中。其中有代表性的是哈爾濱工業(yè)大學(xué)歐進(jìn)萍院士和苑立波為代表的兩個(gè)應(yīng)用方向，前者主要建立了海洋平臺(tái)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，后者主導(dǎo)了各種橋梁的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如山東濱州黃河大橋、南京長(zhǎng)江第三大橋等等。另外三峽大學(xué)教授蔡德帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)以長(zhǎng)江三峽工程、清江隔河巖工程、古洞口面板堆石壩、魚跳面板堆石壩等工程為背景，進(jìn)行了多項(xiàng)探索性研究，獲得了大壩隨機(jī)裂縫、板間縫與周邊縫位移、溫度、撓度及邊坡深部變形等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的分布式光纖傳感技術(shù)，獲得了一定的研究?jī)r(jià)值?？傮w上我國(guó)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展晚，但是正在以飛速的步伐趕超世界的頂端技術(shù)。

三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)，主要面向高精度逆向工程的三維建模與重構(gòu)，可以高效地采集三維坐標(biāo)點(diǎn)，并可以深入到復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行掃描，將各種大型的、復(fù)雜的、不規(guī)則的實(shí)景三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦中，從而快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維點(diǎn)云模型。三維激光掃描系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件主要有三維激光掃描儀，它與常規(guī)的測(cè)量?jī)x器相比其主要優(yōu)勢(shì)為不需要設(shè)置反射點(diǎn)、不接觸被測(cè)物、掃描速度快，可在十幾分鐘內(nèi)獲得上百萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)高密度、高精度，配合后處理軟件可以生成三維向量的空間表面或?qū)嶓w圖形。激光掃描不需要光源，可以在黑暗中進(jìn)行量測(cè)，因此能夠在黑暗的隧洞中進(jìn)行掃描。它還可以與數(shù)碼相機(jī)協(xié)同工作，數(shù)碼照片與掃描點(diǎn)云一一對(duì)應(yīng)，為數(shù)據(jù)點(diǎn)提供顏色，形成三維影像，方便地建立虛擬現(xiàn)實(shí)。三維激光掃描儀可用于邊坡工程監(jiān)測(cè)，能實(shí)時(shí)地獲得邊坡的動(dòng)態(tài)三維坐標(biāo)和邊坡三維形態(tài)，并可用于邊坡的安全監(jiān)測(cè)和危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。

無線傳感技術(shù)是基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自主智能系統(tǒng)，是涉及微機(jī)電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科的綜合性技術(shù)。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已由軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到其他許多領(lǐng)域，能夠完成如災(zāi)難預(yù)警與救助、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、空間探索等任務(wù)。1999年，著名的美國(guó)商業(yè)周刊就將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最具影響力的21項(xiàng)技術(shù)之一。2003年，MIT技術(shù)評(píng)論在預(yù)測(cè)未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，將其列為改變世界的10大新技術(shù)之一。我國(guó)中科院早在1999年就啟動(dòng)了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究，中科院無錫工程技術(shù)研究中心是我國(guó)目前研究互聯(lián)網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的核心單位，哈爾濱工業(yè)大學(xué)建成了包含10個(gè)節(jié)點(diǎn)的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？傮w來說，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)屬于土木工程的一個(gè)新的研究方向，而將無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)更是發(fā)展的熱點(diǎn)。

3 土石壩快速施工質(zhì)量檢測(cè)及監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

3.1 土石壩壩料碾壓實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

傳統(tǒng)土石壩壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)是在事后進(jìn)行的，即當(dāng)碾壓完成后，檢測(cè)部門按照相應(yīng)的檢測(cè)方法對(duì)壩體進(jìn)行檢測(cè)，由于現(xiàn)行的檢測(cè)方法耗時(shí)長(zhǎng)，抽檢點(diǎn)數(shù)量較少，檢測(cè)結(jié)果無法代表整個(gè)壩面的壓實(shí)質(zhì)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)個(gè)別抽樣點(diǎn)不滿足要求時(shí)，很難界定重新碾壓的范圍，容易造成其他合格區(qū)域的“過壓”現(xiàn)象，碾壓遍數(shù)控制法和碾壓輪跡控制法都是經(jīng)驗(yàn)性的工藝控制法，屬于宏觀過程控制，質(zhì)量控制精度不高。為此，國(guó)際上20世紀(jì)90年代已系統(tǒng)地提出來了連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)(簡(jiǎn)稱CCC技術(shù))，一些歐洲國(guó)家開始建立相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在鐵路、公路、大壩、機(jī)場(chǎng)、地基等填筑工程領(lǐng)域進(jìn)行了普遍應(yīng)用。其原理是在土料填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動(dòng)壓路機(jī)相互動(dòng)態(tài)作用原理，通過連續(xù)量的振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪豎向振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，建立檢測(cè)評(píng)定與反饋控制體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)碾壓面壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)采用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位和壓實(shí)傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)，將振動(dòng)壓實(shí)機(jī)具作為加載設(shè)備，利用軟件實(shí)時(shí)處理碾壓機(jī)鋼輪準(zhǔn)確位置和振動(dòng)量，根據(jù)壓實(shí)機(jī)具與土體之間的相互作用，通過土體結(jié)構(gòu)的反作用力(抗力)來分析和評(píng)定壩料的壓實(shí)狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碾壓過程中壓實(shí)質(zhì)量的連續(xù)檢測(cè)、連續(xù)控制，以圖形、數(shù)值和聲音信號(hào)等多種方式實(shí)時(shí)顯示壓實(shí)值，實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)的抽樣檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦采w整個(gè)碾壓面的全面監(jiān)控與檢測(cè)。我國(guó)鐵路部門已于2011年出臺(tái)了相關(guān)應(yīng)用規(guī)范，CCC技術(shù)已在鐵路、公路路基和南水北調(diào)工程施工中得到了應(yīng)用。目前，該技術(shù)研究的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向如何實(shí)現(xiàn)智能壓實(shí)碾壓機(jī)根據(jù)土體的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)頻調(diào)幅以優(yōu)化壓實(shí)。

3.2 質(zhì)量附加法快速檢測(cè)技術(shù)

長(zhǎng)期以來，面板堆石壩堆石體壓實(shí)密度檢測(cè)多用傳統(tǒng)的試坑灌水法，該方法原理簡(jiǎn)單易懂，試驗(yàn)過程直觀明了，但是試驗(yàn)過程中所用試驗(yàn)設(shè)備繁多笨重，并且試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、工作效率低下，20世紀(jì)90年代首創(chuàng)的附加質(zhì)量法，經(jīng)過多年不斷研究改進(jìn)，己發(fā)展至第四代技術(shù)。附加質(zhì)量法又稱為△m法，該方法的基本思路為：第一，將測(cè)點(diǎn)抽象為“質(zhì)彈體系”振動(dòng)模型；第二，用附加質(zhì)量法測(cè)量測(cè)點(diǎn)處的地基剛度K和地基土參振質(zhì)量；第三，用體積相關(guān)法求解地基填筑體的濕密度；第四，用等體積法求取測(cè)點(diǎn)地基填筑體的干密度；第五，利用濕密度和干密度求解含水率。目前附加質(zhì)量法作為一種密度檢測(cè)方法得到了較廣泛的應(yīng)用，也做為《水利水電工程物探規(guī)程》(SL 326-2005)的一部分進(jìn)行了相關(guān)說明，但附加質(zhì)量法的應(yīng)用是以坑測(cè)結(jié)果作為標(biāo)尺，與所測(cè)地基剛度、參振質(zhì)量建立關(guān)系的方法。這種間接測(cè)試的方法對(duì)尺子本身的精度更為依賴，故只有坑測(cè)法密度測(cè)準(zhǔn)，附加質(zhì)量法所測(cè)結(jié)果才更為準(zhǔn)確。同時(shí)實(shí)際施工中在壩體質(zhì)量評(píng)定驗(yàn)收方面，附加質(zhì)量法作為一種新的檢測(cè)手段是否作為最終評(píng)定依據(jù)仍需研究。

3.3 瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)技術(shù)

瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)技術(shù)是一種不僅利用了波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，更重要的是利用了波的動(dòng)力學(xué)特征對(duì)土石壩壩體填筑質(zhì)量進(jìn)行無損檢測(cè)的新技術(shù)。在自由界面(如地面)上進(jìn)行垂直向瞬態(tài)激振時(shí)，均會(huì)在其表面附近產(chǎn)生瞬態(tài)瑞利波，瑞利波在自由表面附近傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在波傳播方向的垂直面內(nèi)振動(dòng)，振幅隨深度呈指數(shù)函數(shù)急劇衰減，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡在波的傳播方向的鉛垂面內(nèi)作順時(shí)針或逆時(shí)針的橢圓運(yùn)動(dòng)。在瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)技術(shù)中主要利用瑞利波與工程質(zhì)量檢測(cè)有關(guān)的主要特征，一是在分層介質(zhì)中，瑞利波具有明顯的頻散特性，因而在不同地質(zhì)層分界處瑞利波波速有變化，從而可以實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)的分層；二是由于瑞利波的波長(zhǎng)不同，穿過深度也不同，某一波長(zhǎng)的波速主要與深度小于1/2波長(zhǎng)的地層物性有關(guān)，因此，可以據(jù)此測(cè)定地質(zhì)層深度及厚度；其次是瑞利波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，瑞利波速度值的大小可以反映出介質(zhì)的物理力學(xué)特性和存在狀態(tài)，因此可以據(jù)此判定被檢測(cè)介質(zhì)的密實(shí)度。

瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)技術(shù)又稱為頻率測(cè)深技術(shù)，它是在地面上人工施加一瞬間沖擊力，在地面附近產(chǎn)生一定頻率范圍的瞬態(tài)瑞利波，它是由多個(gè)簡(jiǎn)諧波組成，這些簡(jiǎn)諧波疊加在一起，并以脈沖的形式傳播，每一個(gè)簡(jiǎn)諧波都以一定的相速度傳播，速度是頻率的函數(shù)。瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)工作方法采用單排列多道觀測(cè)系統(tǒng)，振源采用錘擊、落重或炸藥。結(jié)合檢測(cè)區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)、地形和物性條件，選擇傳感器主頻、各道之間距離、激振點(diǎn)與第1道傳感器的偏移距離、激振方式及儀器工作參數(shù)，選擇最佳瑞利波觀測(cè)窗口以獲得最佳觀測(cè)效果。在地面上沿著瑞利波傳播的方向布置多道檢波器進(jìn)行觀測(cè)，然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，把各測(cè)點(diǎn)不同頻率的瑞利波分離出來，給出瑞利波波速隨深度變化曲線即瑞利波頻散曲線。應(yīng)用實(shí)測(cè)的各測(cè)點(diǎn)的頻散曲線進(jìn)行反演分析，劃分出各測(cè)點(diǎn)的速度層位，并計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的各層介質(zhì)的瑞利波速度值。對(duì)土石壩壩體每個(gè)測(cè)點(diǎn)頻散曲線的分析可以確定土石壩壩體不同部位填筑質(zhì)量，如壩體填筑材料的密實(shí)性、均勻性，壩體與壩基接觸情況等。壩體填筑材料的密實(shí)性、均勻性，壩體與壩基接觸情況可以根據(jù)壩體測(cè)點(diǎn)頻散曲線的特殊異常反映，如存在低速拐點(diǎn)，離散性等情況等來判定。通過在已知壩體填筑材料干密度區(qū)做試驗(yàn)對(duì)比分析，建立土石壩壩體填筑材料瑞利波波速與壩體填筑材料干密度的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)各層壩體填筑材料的干密度。

3.4 表面波法檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用

表面波是一種在半無限彈性介質(zhì)中沿表面?zhèn)鞑サ膹椥圆?，表面波與體波相比，具有發(fā)散能量大、振幅及能量隨傳播距離衰減小的特點(diǎn)，傳播速度與介質(zhì)的干密度具有良好的相關(guān)性，因而可用它對(duì)壓實(shí)粘性土及無粗料土的干密度進(jìn)行無損檢測(cè)。但是，由于該儀器不能測(cè)量介質(zhì)的含水量，所以最適宜檢測(cè)無粘性土的干密度。

4 結(jié)語

土工測(cè)試技術(shù)是土力學(xué)與巖土工程研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是論證土力學(xué)理論、優(yōu)化巖土工程設(shè)計(jì)的有效手段。本文回顧和總結(jié)了土工室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位測(cè)試技術(shù)、土工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面的發(fā)展。特別是現(xiàn)代原位測(cè)試技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展是發(fā)達(dá)國(guó)家土工測(cè)試技術(shù)研究的熱點(diǎn)，也是我國(guó)土工測(cè)試技術(shù)需要重點(diǎn)發(fā)展的方向。

隨著施工機(jī)械化程度和施工強(qiáng)度的不斷提高，對(duì)土石壩壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法和手段的要求也愈來愈高，既要快速又要準(zhǔn)確可靠，唯此方能起到控制質(zhì)量和指導(dǎo)施工的作用。而目前國(guó)內(nèi)水利水電建設(shè)單位廣泛使用的檢驗(yàn)方法已愈來愈不適應(yīng)高強(qiáng)度施工的要求，因此，快速無損檢測(cè)及智能化控制方法替代現(xiàn)在的方法是大勢(shì)所趨。