基于波電場成像的陸域填方壓實質(zhì)量評價方法研究及應(yīng)用.pdf

1、在山區(qū)內(nèi)河和庫區(qū)港口建設(shè)中，常涉及大面積的陸域填方工程，該類工程具有填方高度大、坡度陡、受變幅水位的影響等特點，填方的壓實質(zhì)量將直接影響到陸域填方的穩(wěn)定性。然而由于填方填料的粒度變化大、含水量又很不均勻，從而使得現(xiàn)有的壓實度測試方法受到相當(dāng)程度的限制。因而如何快速、經(jīng)濟(jì)、有效地檢測土石混填地基的壓實度已經(jīng)成為目前港口陸域高填方修筑技術(shù)中亟待解決的關(guān)鍵問題。本文基于電阻率對土石混合料的含水量較為敏感、而波速對土石混合料的密實程度較為敏感的

2、特性，采用理論分析、模型試驗、現(xiàn)場測試和成像分析等手段在對土石混合料波動傳播特性和電阻率特性研究的基礎(chǔ)上，建立陸域填方壓實指標(biāo)的反演模型，然后基于層析成像技術(shù)，正反演模型和觀測系統(tǒng)研究，構(gòu)建港口陸域填方壓實質(zhì)量的波電場成像評價方法，并通過模型試驗和工程應(yīng)用驗證了該方法的可行性和可靠性。本文的主要工作如下:
　　 (1)土石混合料波動傳播特性的理論與試驗研究
　　 在對港口陸域填方土石混合料的宏觀波動傳播特性和土石混合料的

3、等效彈性特性研究的基礎(chǔ)上，對土石混合料的等效波動傳播特性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，提出了土石混合料的縱、橫波理論傳播公式，并按照該理論公式對土石混合料的波動影響因素進(jìn)行了深入地分析，通過對土石混合料的波動傳播特性的試驗研究，進(jìn)一步驗證了理論分析的可靠性。
　　 (2)土石混合料電阻率特性的理論與試驗研究
　　 在前人建立的非飽和黏性土的電阻率結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，通過對土的電阻率主要影響因素的綜合分析，建立了土石混合料構(gòu)成的港口陸域

4、填方地基的電阻率結(jié)構(gòu)模型，導(dǎo)出了其電阻率理論公式，并對該類型地基的電阻率影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。隨后進(jìn)行了土石混合料電阻率特性的試驗研究，并基于電阻率試驗成果，分別從擊實次數(shù)、含水量以及土石比三個方面對影響該類型介質(zhì)的主要因素進(jìn)行了深入分析。
　　 (3)港口陸域填方壓實指標(biāo)的反演模型研究
　　 以港口陸域填方中橫波速度與土石混合料物性參數(shù)的理論公式和電阻率與土石混合料物性參數(shù)的理論公式為基礎(chǔ)，將含水率作為與兩者之間均密

5、切相關(guān)的共同物性參數(shù)，建立港口陸域填方中波電場參數(shù)與土石混合料物性參數(shù)的理論公式。將該理論公式以函數(shù)的形式表示，采用在實際工程中易于測得的宏觀參數(shù)（波動參數(shù)、電場參數(shù)）以及其它相關(guān)的物性參數(shù)作為自變量，將反映土石混合料壓實質(zhì)量的重要物性參數(shù)（干密度）作為因變量。以壓實度作為港口陸域填方壓實質(zhì)量的控制指標(biāo)，結(jié)合波電場參數(shù)與土石混合料物性參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，建立了基于波電耦合特性的港口陸域填方壓實度的理論公式。為了該公式在工程應(yīng)用的便捷性，對

6、該理論公式進(jìn)行了進(jìn)一步的簡化工作。
　　 (4)港口陸域填方壓實質(zhì)量波電場成像的評價方法研究
　　 基于層析成像理論以及最小二乘正交分解反演算法原理，提出基于最小二乘正交分解(LSQR)反演算法的波速層析成像實施技術(shù);基于最小構(gòu)造反演方法，在共軛梯度法的反演方法基礎(chǔ)上提出了電阻率層析成像技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合港口陸域填方的特點，通過對波速成像和電阻率成像的觀測系統(tǒng)的研究，構(gòu)建了基于直流電測法和波動測試方法的陸域填方壓實質(zhì)

7、量的波電場成像方法，并給出了港口陸域填方壓實質(zhì)量波電場成像評價方法的分析軟件、程序和步驟。
　　 (5)港口陸域填方壓實質(zhì)量成像評價方法的試驗研究
　　 為了驗證本文提出的港口陸域填方壓實質(zhì)量成像評價方法的可靠性及準(zhǔn)確性，分別制作了含空洞區(qū)域、不均勻體和未壓實區(qū)三種不同不密實類型的試驗?zāi)Ｐ?。分別利用電阻率成像技術(shù)和彈性波成像技術(shù)對模型進(jìn)行了成像觀測與處理。依據(jù)電阻率成像成果，利用電阻率與土石混合料物性參數(shù)的理論公式，計算

8、得到了試驗?zāi)Ｐ偷暮史植紙D像;依據(jù)基于波電耦合特性的港口陸域填方壓實度的簡化理論公式，以含水率和彈性波速作為計算時所采用的物性參數(shù)，獲得了試驗?zāi)Ｐ偷膲簩嵍确植紙D像，得到了試驗?zāi)Ｐ蛪簩嵍鹊目臻g分布形態(tài)，結(jié)合試驗?zāi)Ｐ腿毕莸脑O(shè)置形態(tài)，從而驗證了該方法在反演港口陸域填方壓實質(zhì)量方面的適應(yīng)性和可靠性。
　　 (6)富寧港陸域填方壓實質(zhì)量的波電場成像評價
　　 采用現(xiàn)場瞬態(tài)瑞利波法和直流電法對云南富寧港陸域填方的土石混合料進(jìn)行了現(xiàn)