基于波電場(chǎng)成像的陸域填方壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用.pdf

1、在山區(qū)內(nèi)河和庫(kù)區(qū)港口建設(shè)中，常涉及大面積的陸域填方工程，該類(lèi)工程具有填方高度大、坡度陡、受變幅水位的影響等特點(diǎn)，填方的壓實(shí)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(shí)度測(cè)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(cè)土石混填地基的壓實(shí)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(wèn)題。本文基于電阻率對(duì)土石混合料的含水量較為敏感、而波速對(duì)土石混合料的密實(shí)程度較為敏感的

2、特性，采用理論分析、模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和成像分析等手段在對(duì)土石混合料波動(dòng)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(shí)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(cè)系統(tǒng)研究，構(gòu)建港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量的波電場(chǎng)成像評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)模型試驗(yàn)和工程應(yīng)用驗(yàn)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(dòng)傳播特性的理論與試驗(yàn)研究
　　 在對(duì)港口陸域填方土石混合料的宏觀波動(dòng)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(duì)土石混合料的等效波動(dòng)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(duì)土石混合料的波動(dòng)影響因素進(jìn)行了深入地分析，通過(guò)對(duì)土石混合料的波動(dòng)傳播特性的試驗(yàn)研究，進(jìn)一步驗(yàn)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(yàn)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(guò)對(duì)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(duì)該類(lèi)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(yàn)研究，并基于電阻率試驗(yàn)成果，分別從擊實(shí)次數(shù)、含水量以及土石比三個(gè)方面對(duì)影響該類(lèi)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(shí)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(chǎng)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(shí)際工程中易于測(cè)得的宏觀參數(shù)（波動(dòng)參數(shù)、電場(chǎng)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(shí)質(zhì)量的重要物性參數(shù)（干密度）作為因變量。以壓實(shí)度作為港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)，結(jié)合波電場(chǎng)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(shí)度的理論公式。為了該公式在工程應(yīng)用的便捷性，對(duì)

6、該理論公式進(jìn)行了進(jìn)一步的簡(jiǎn)化工作。
　　 (4)港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量波電場(chǎng)成像的評(píng)價(jià)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(shí)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(diǎn)，通過(guò)對(duì)波速成像和電阻率成像的觀測(cè)系統(tǒng)的研究，構(gòu)建了基于直流電測(cè)法和波動(dòng)測(cè)試方法的陸域填方壓實(shí)質(zhì)

7、量的波電場(chǎng)成像方法，并給出了港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量波電場(chǎng)成像評(píng)價(jià)方法的分析軟件、程序和步驟。
　　 (5)港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量成像評(píng)價(jià)方法的試驗(yàn)研究
　　 為了驗(yàn)證本文提出的港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量成像評(píng)價(jià)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(shí)區(qū)三種不同不密實(shí)類(lèi)型的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。分別利用電阻率成像技術(shù)和彈性波成像技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行了成像觀測(cè)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(jì)算

8、得到了試驗(yàn)?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(shí)度的簡(jiǎn)化理論公式，以含水率和彈性波速作為計(jì)算時(shí)所采用的物性參數(shù)，獲得了試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膲簩?shí)度分布圖像，得到了試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪簩?shí)度的空間分布形態(tài)，結(jié)合試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿毕莸脑O(shè)置形態(tài)，從而驗(yàn)證了該方法在反演港口陸域填方壓實(shí)質(zhì)量方面的適應(yīng)性和可靠性。
　　 (6)富寧港陸域填方壓實(shí)質(zhì)量的波電場(chǎng)成像評(píng)價(jià)
　　 采用現(xiàn)場(chǎng)瞬態(tài)瑞利波法和直流電法對(duì)云南富寧港陸域填方的土石混合料進(jìn)行了現(xiàn)