基于波電場成像的陸域填方壓實質量評價方法研究及應用.pdf

1、在山區(qū)內河和庫區(qū)港口建設中，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，從而使得現有的壓實度測試方法受到相當程度的限制。因而如何快速、經濟、有效地檢測土石混填地基的壓實度已經成為目前港口陸域高填方修筑技術中亟待解決的關鍵問題。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上，建立陸域填方壓實指標的反演模型，然后基于層析成像技術，正反演模型和觀測系統研究，構建港口陸域填方壓實質量的波電場成像評價方法，并通過模型試驗和工程應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上，對土石混合料的等效波動傳播特性進行了系統地研究，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構模型的基礎上，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成的港口陸域

4、填方地基的電阻率結構模型，導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行了詳細分析。隨后進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、含水量以及土石比三個方面對影響該類型介質的主要因素進行了深入分析。
　　 (3)港口陸域填方壓實指標的反演模型研究
　　 以港口陸域填方中橫波速度與土石混合料物性參數的理論公式和電阻率與土石混合料物性參數的理論公式為基礎，將含水率作為與兩者之間均密

5、切相關的共同物性參數，建立港口陸域填方中波電場參數與土石混合料物性參數的理論公式。將該理論公式以函數的形式表示，采用在實際工程中易于測得的宏觀參數（波動參數、電場參數）以及其它相關的物性參數作為自變量，將反映土石混合料壓實質量的重要物性參數（干密度）作為因變量。以壓實度作為港口陸域填方壓實質量的控制指標，結合波電場參數與土石混合料物性參數的函數關系式，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用的便捷性，對

6、該理論公式進行了進一步的簡化工作。
　　 (4)港口陸域填方壓實質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;基于最小構造反演方法，在共軛梯度法的反演方法基礎上提出了電阻率層析成像技術。在此基礎上，結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的研究，構建了基于直流電測法和波動測試方法的陸域填方壓實質

7、量的波電場成像方法，并給出了港口陸域填方壓實質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量成像評價方法的可靠性及準確性，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模型。分別利用電阻率成像技術和彈性波成像技術對模型進行了成像觀測與處理。依據電阻率成像成果，利用電阻率與土石混合料物性參數的理論公式，計算

8、得到了試驗模型的含水率分布圖像;依據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，獲得了試驗模型的壓實度分布圖像，得到了試驗模型壓實度的空間分布形態(tài)，結合試驗模型缺陷的設置形態(tài)，從而驗證了該方法在反演港口陸域填方壓實質量方面的適應性和可靠性。
　　 (6)富寧港陸域填方壓實質量的波電場成像評價
　　 采用現場瞬態(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行了現