附加质量法检测精度的对比分析

徐梦璇　丁亮清

摘 要：依据糯扎渡水电工程中附加质量法测定大坝堆石体密度的实例，简述了附加质量法的基本原理，对比坑测法分析了在不同锤击距离产生的激振力对附加质量法检测结果的影响。

关键词：附加质量法；堆石体密度；锤击距离

中图分类号：TV223.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0017-02

针对糯扎渡水电工程堆石体大坝高强度填筑、大方量和长时间、多料源填筑施工作业，为了保证堆石坝施工质量和工程进度，需要在施工过程中对填筑质量进行实时跟踪检测、控制施工质量、及时反馈和处理不合格部位，确保坝体填筑质量。坑测法是堆石体密度检测的传统方法，结果准确，但检测效率低、代表性差、费时、费力、耗资大，且具有破坏性。附加质量法具有快速、实时和相对准确的特点，目前该方法已经在多个堆石坝工程中成功运用。为进一步提高在附加质量法检测精度，以坑测法的检测结果为参照值分析了不同锤击距离产生的激振力对附加质量法检测结果的影响。

1 附加质量法的基本原理

不同坝料具有物理力学性质的差异以及同一坝料在不同的工况下也有物理力学性质的差异，这为采用附加质量法测试堆石体密度提供了物理前提。

堆石体刚度（K）和堆石体参振质量（m0）是反映堆石体物理力学性质的两个重要参数，也是求解堆石体密度（ρ）的关键环节。因此，测量堆石体刚度（K）和堆石体参振质量（m0）的基本思路是：从模拟地基基础振动模式入手，引入质弹模型，采用附加质量的办法求解K和m0。

附加质量法是将一定面积以下的堆石体等效为单自由度线性弹簧振动体系，理想的单自由度线性弹簧振动体系，完全弹性体的弹簧一端固定，另一端连接质点m，依据单自由度弹簧体系的振动理论，将附加质量和压板等效为一根弹簧，实际构造的数学模型与理想模型的差别在于弹簧体上，弹性堆石体是具有质量和体积的，而理想模型弹簧体是没有质量和体积的，为了解决这个因素，将振动单子改成一个可随时改变的等差质量Δm体—附加质量，测出各级质量下所对应体系的垂向自振频率f，根据f与Δm的关系，即可求得压板下的参振质量m0。

m0的测试观测系统见图1，现场测试时，首先所择测点，平整场地。然后，铺上2 cm左右的细砂以作耦合用；再次，连接仪器设备，将承压板平放在铺平砂土的测点上，将拾振器粘合在承压板中央，均匀加质量块于承压板上，设置好信号采集参数进行采集。

波速VP的测试是采用时距解析法，观测系统见图2，波速测试曲线图见图3。

不同附加质量基础振动频率f的测试过程为：利用附加质量法信号采集软件测定每一级附加质量的震动信号，每一级震动信号采集两次，通过对比两次信号的主频，如主频一致，则该主频为该级附加质量的基础振动频率；如不一致，则重复采集，直到两次信号主频一致为止，依次测得各级附加质量的基础振动频率。

采用率定系数法计算密度，需要测试波速度VP，弹性纵波速度VP按一般地震波时距解析法测定。VP的测试过程为：经由测点中央布置一排拾振器，采用锤击办法激发地震波，用RSM-24F工程智能浮点动测仪采集各点的地震波传播信息，做各点的地震时距曲线，P波曲线的反斜率即为VP，通过测试压板的两个方向的弹性纵波速度VP的平均值作为该测点的速度VP。

2 工程实例

糯扎渡水电工程属大（1）型一等工程，大坝填筑碾压之后的堆石体密度是否符合设计要求是判断大坝填筑质量好坏的一个重要的依据。

为了分析在不同锤击距离产生的激振力对附加质量法检测结果的影响。我们在距离质量块中心分别为50 cm、75 cm、100 cm、125 cm、150 cm处进行锤击，通过对比不同距离的锤击点对比频谱曲线峰值的一致性，及△m曲线的一致性及优劣来找出最合适的锤击距离。检测工作布置图见图4，测试信号对比图见图5。

在距离质量块中心50 cm、75 cm、100 cm、125 cm、150 cm、处进行锤击，分别进行测试的频率及频差见表1。

从表1中我们可以发现不同锤击距离锤击测试的频率及频差变化较大，因此我们进一步分析所得数据，并将此数据与此处坑测法所得数据进行比较，测试结果如表2所示。

从表2中对比可见：

①选用45 kg重锤在距离质量块中心50 cm处测试信号记录品质比在距离质量块中心75 cm、100 cm、125 cm、150 cm处进行锤击测试记录好。

②在锤击距离为50 cm处的干密度值与坑测值2.13 g/m3最为接近，误差最小。

通过试验对比，说明选用锤击距离为距质量块中心点50 cm处误差最小，附加质量法的检测精度最高。之后我们又进行了多组实验验证了这一结论。

3 结 语

从实验结果分析：相对传统的坑测法附加质量法在检测效率方面有明显的优势，选择合适的锤击距离有利于进一步提高附加质量法的检测精度。在今后的工程应用中我们还需优化其他检测条件和现场检测环境，使附加质量法检测精度得到进一步的提高。

参考文献：

[1] 蔡加兴，张志杰.附加质量法用于测定大坝堆石体密度应用效果分析与评价[J].长江科学院院报，2008，（5）：186-190.