强夯对填方边坡振动效应分析

秦伟华,韩云山,段伟,董洁,荣韶婧

(中北大学理学院,山西 太原 030051)

强夯对填方边坡振动效应分析

秦伟华,韩云山,段伟,董洁,荣韶婧

(中北大学理学院,山西 太原 030051)

摘要:结合某工程实例,对其工程边坡坡面与边坡坡顶水平面的4000KN·M能级强夯振动速度衰减规律进行了测试分析。测试结果表明:随着击数的增加,夯坑的深度也在增大,强夯所产生的冲击波的传播方向在部分点所在平面以下,而冲击波主要是向下和沿水平面传播,向上传播的能量很小。因此,边坡坡面对水平径向速度有放大作用,呈抛物线型衰减曲线,而边坡坡顶水平面速度呈指数型衰减曲线。

关键词:强夯振动;边坡;衰减曲线;速度

1引言

强夯法起源于法国,由法国Menard技术公司首创的一种地基加固方法,是将几十吨重锤从几十米高处自由落下,这样重复夯实基础,使它表层一定深度内夯击密实而提高地基的强度。强夯法施工设备简单、适用土质范围广、加固效果好、经济实惠,从而被广泛适用。虽然强夯法施工发展迅速,是一种有效的地基处理方法,但是强夯法施工会产生强大的冲击波,对周围环境产生负面的影响。李润等[1]通过对实际工程强夯振动测试,分析强夯振动加速度、速度随测点距离的衰减规律,提出强夯施工及加固建议;朱荣彬等[2]通过对广州某变电站强夯场地强夯振动对周边环境影响的监测试验,研究了施工工况、锤型、锤重、落距、夯击次数对强夯振动传播的影响;蒋鹏等[3]通过强夯振动数值模拟,总结了无论是径向加速度,或是垂向加速度,沿径向距离增加衰减很快。但上述测试实验均是对在强夯施工中水平面上的速度衰减规律进行研究。因此,本文基于对强夯振动速度对边坡坡面和水平面的振动效应,分析了边坡坡面和边坡坡顶水平面速度的传播规律。

图1　边坡坡顶水平面夯点与测点布置

2强夯振动测试方案

2.1　工况及测点布置

陕西某石油工程建设场地位于陕西省北部,延安市南部。建设场地主要为回填湿陷性黄土,故整个场地采用强夯施工。强夯施工产生强大的振动波,为测定强夯振动对填方边坡的振动效应,决定对现场强夯施工进行强夯振动检测。

夯点、测点布置见图1、2,在整个边坡坡面上布有2个夯点、边坡坡顶水平面上1个夯点,从坡肩到坡脚设有5个测点,各夯点和测点间距不等,每个测点上按水平径向和垂直向布置传感器,分别测量在不同夯击次数下的振动信号情况。在测点处将地面铲平、压实,传感器水平沿振动衰减的测线方向置于测点处。传感器与夯点1连线中心点的距离分别为3、5、7、9、13m,与夯点2连线中心店的距离是在夯点1的基础上各测点距离都加上6m,夯点3采用12m等间距布点的方式。

图2　边坡坡面夯点与测点布置

2.2　测试方法

测试采用江苏东华测试技术有限公司生产的DHDAS5956动态信号采集分析系统;磁电式速度传感器DH620。为了确保测量结果的准确性,在每次测量前都对整套系统和传感器进行标定,并以定值进行计算分析结果。当夯锤举起后,开始进入采集状态,采用离散采集:每夯击一次采集一次数据,记录每击下的强夯振动信号。

3测试结果分析

3.1　边坡坡面振动

以4000KN·M能级强夯施工为例,对振动速度测试结果进行分析,典型振动速度实测波形图(图3)及对应振动频谱分析图(图4)。通过对图3、图4分析:强夯振动引起的地面振动持续时间较短,基本在1s以内,振动主频在5~14Hz之间,不会发生共振现象。

图3　典型速度

图4　典型速度频谱分析

取夯点1、夯点2下第10击振动速度进行分析,现场各测点速度见表1,各测点峰值速度随距离的衰减规律曲线见图5、6。通过观察图5、6可知,坡面质点水平径向振动速度随距夯点距离的增大呈先增大后减小的规律,垂直竖直向振动速度随距夯点距离的增大而减小。对现场试验与结果分析:

图5　夯点2水平和垂直速度随距离的变化

图6　夯点3水平和垂直速度随距离的变化

随着击数的增加,夯坑的深度也在增大,强夯所产生的冲击波的传播方向在部分点所在平面以下,而冲击波主要是向下和沿水平面传播,向上传播的能量很小,因此,离夯点近的某些点的速度会变小,呈现抛物线型的衰减曲线。

3.2　边坡坡顶水平面振动

取夯点3下第9击振动速度进行分析,现场各测点速度见表2,各测点峰值速度随距离的衰减规律曲线见图7。观察图7可知,边坡坡顶水平面质点水平径向振动速度随距夯点距离的增大而减小,竖直垂直向振动速度随距夯点距离的增大而减小可知随着强夯次数的增加,夯坑深度在不断增加,进而导致冲击波传递向地面传递的能量减少。因此,边坡坡顶水平面速度呈现指数线型衰减曲线。

图7　夯点1水平和垂直速度随距离的变化

3.3　结果对比分析

通过观察表1、表2,边坡坡面对水平径向速度有放大作用,较测点1增幅:夯点1下坡中最大增幅为28.68%,坡脚增幅为3.14%。详见表3。

表1　边坡坡面水平径向和竖直垂直向速度实测值

表2　边坡坡顶水平面速度实测值

表3　坡面水平径向速度随距离增加的增幅

4结语

(1)强夯振动引起的地面振动持续时间较短,基本在1s以内,振动主频在5~14Hz之间,不会引起共振现象。

(2)边坡坡面质点水平径向振动速度随距夯点距离的增大先增大后减小,垂直竖直向振动速度随距夯点距离的增大而减小;边坡坡顶水平面质点水平径向与竖直垂直向振动速度均随距夯点距离的增大而减小。

中图分类号:TU472

文献标识码:A

文章编号:1674-9944(2015)01-0257-03

通讯作者:韩云山(1971—),男,山西运城人,博士,副教授,主要从事地基处理方面的研究。

作者简介:秦伟华(1989—),男,山西侯马人,中北大学理学院硕士研究生。

基金项目:山西省科技攻关项目(编号:20130313010-3)资助

收稿日期:2014-11-20