王紅梅 王 潔

(1．華通路橋集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000; 2．河北工業(yè)大學(xué)，天津 300000)

砂土地基CBR 值的剪切波速分析模型實(shí)驗(yàn)研究

王紅梅1王 潔2

(1．華通路橋集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000; 2．河北工業(yè)大學(xué)，天津 300000)

在國內(nèi)外文獻(xiàn)及相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究承載比(CBR)與砂性地基土剪切波速之間的規(guī)律，建立了砂性地基土CBR值的剪切波速分析模型，并應(yīng)用于粘土和粉土地基中，實(shí)踐證明：該模型在不破損道面的前提下獲取砂土地基的CBR值，減少了評估費(fèi)用。

剪切波速，干密度，模型

目前路面承載力測定方法分破損試驗(yàn)和非破損試驗(yàn)兩類。破損試驗(yàn)的主要方法是鉆芯取樣，通過對路面各結(jié)構(gòu)層的芯樣進(jìn)行物理、力學(xué)試驗(yàn)而檢測到路面的承載力。傳統(tǒng)的破壞性試驗(yàn)較直接，但要中斷路面使用，修補(bǔ)后路面的完整性也會受到一定影響［2］。而對于承載比(CBR)，國內(nèi)外大多數(shù)是利用FWD現(xiàn)場彎沉測試的結(jié)果進(jìn)行推算得出，并未對其與剪切波速之間的關(guān)系給予重視。而本文的意義在于對已經(jīng)修筑完畢的路面，在其定期評價路面強(qiáng)度的時候，不可能將已經(jīng)修好的路面破壞再測試其地基的CBR值，而是通過測量剪切波速vs來間接測定路面的承載比(CBR)值，可以達(dá)到不影響路面的使用，做到真正意義上的無損檢測。

表1 砂土CBR值處理數(shù)據(jù)總表

圖1 砂土含水率與CBR值的關(guān)系圖

1 基本理論

加州承載比是早年由美國加利福尼亞州提出的一種評定土基及其他道面材料承載力的指標(biāo)。承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，他們的相對比值即為CBR值［3］。承載比試驗(yàn)在世界各地得到廣泛應(yīng)用，已成為公路和機(jī)場跑道的路面設(shè)計(jì)及路基填土的質(zhì)量控制指標(biāo)。剪切波速vs是當(dāng)前工程場地地震安全性評價和地震小區(qū)劃工作中必備的參數(shù)之一，在土層地震反應(yīng)分析中一個重要參數(shù)。剪切波速反映了土層的剛度特征，并且對場地地震動參數(shù)有顯著影響。即剪切波速是關(guān)乎場地反應(yīng)結(jié)果精度的一個重要參數(shù)，故剪切波速的測試與估計(jì)是一個重要的工作。通過建立起承載比(CBR)與剪切波速之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，我們可以用來取代一些傳統(tǒng)的測量方法對地基的承載比(CBR)進(jìn)行無損測量。

圖2 砂土干密度（g/cm3）與CBR值的關(guān)系圖

表2 砂土剪切波速測量數(shù)據(jù)表

2 實(shí)驗(yàn)方法及過程簡介

1)取土：進(jìn)行土顆粒分析實(shí)驗(yàn)，采用篩析法進(jìn)行測定;測定含水率。2)試件制備：取砂土土樣，分別按5%，8%，10%，12%四種設(shè)計(jì)含水率配制。采用三個金屬筒輪流制作試件。利用JDS-1型電動數(shù)控?fù)魧?shí)儀，每一個土樣試件采用三層擊實(shí)，擊實(shí)次數(shù)分別為30次、50次、98次。3)利用測力計(jì)式荷載裝置測量每個試件的承載比(CBR)。4)土樣剪切波速測量儀器為GJY-1工程儀測量計(jì)算時間的剪切波速。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理

1)砂土CBR值與含水率、干密度的關(guān)系見表1。

砂土CBR值隨著其含水率的增大而減小(見圖1)。

砂土CBR值隨著其干密度增大而增大(見圖2)。

2)砂土的剪切波速(m/s)與其含水率、干密度(g/cm3)的關(guān)系，見表2。

由表2中的數(shù)據(jù)可以得出砂土的剪切波速(m/s)與其含水率、干密度(g/cm3)的關(guān)系見圖3，圖4。由圖3可知，隨著砂土含水率的增大，測得的剪切波速逐漸減小。

由圖4可以得出，砂土的剪切波速隨著其干密度的增加而增加。

4 模型建立

砂土的CBR與其含水率成反比，與其干密度成正比關(guān)系，而且砂土的剪切波速與其含水率同樣成反比，與干密度成正比關(guān)系，因此，推斷砂土CBR值與其剪切波速以及干密度成正比關(guān)系，與其含水率成反比關(guān)系，建立以下模型：

其中，CBR為地基承載比值;Vs為剪切波速值，m/s;ρd為干密度，g/cm3;ω 為含水率;α，β，χ，δ均為模型系數(shù)。

在改變β，χ，δ的數(shù)值時發(fā)現(xiàn)增大β，χ系數(shù)時，模型的相關(guān)系數(shù)增大較大，在經(jīng)過17組數(shù)據(jù)的試算之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)β=8，χ=3，δ=1時，模型相關(guān)系數(shù)達(dá)到0．851 925(見表3)，再剔除第六組殘差較大的數(shù)據(jù)之后(見表4)，模型的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0．952 772(見表5)，由于CBR值是一個無量綱值，所以必須將模型無量綱化：

其中，CBR為地基承載比值;Vs為剪切波速值，m/s;ρd為干密度，g/cm3;ω 為含水率;V0為1 m/s;ρ0為1 g/cm3。

砂土修正模型殘差表見表6，砂土修正模型系數(shù)表見表7。

砂土模型值與實(shí)測值比較圖見圖5。

圖3 砂土不同含水率與剪切波速(m/s)關(guān)系圖

圖4 砂土不同干密度（g/cm3）與剪切波速(m/s)關(guān)系圖

表3 砂土模型回歸統(tǒng)計(jì)表

表4 砂土模型殘差表

表5 砂土修正模型回歸統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)論

根據(jù)式(2)的分析模型，可以在柔性路面的地基土剪切波速、干密度和含水率已知的情況下，大致確定砂性地基土的CBR值，并進(jìn)一步可以得到路面強(qiáng)度信息，進(jìn)一步確定路面的實(shí)際承載能力，防止路面產(chǎn)生過大的應(yīng)力和變形以致遭到破壞，妨礙正常使用和行車安全。

表6 砂土修正模型殘差表

表7 砂土修正模型系數(shù)表

圖5 砂土模型值與實(shí)測值比較圖

與傳統(tǒng)的落錘式彎沉儀方法相比，對于已修路面來說，通過我們建立的分析模型可以在不破損道面的前提下獲取砂性地基土的CBR值，這樣就很大程度上減少了評估費(fèi)用，也使得評估工作更加方便、快捷。同時也為以后的地基土CBR值研究提供參考。

［1］趙戰(zhàn)國．承載比(CBR)試驗(yàn)方法淺析［J］．福建建材，2008 (1)：23-24．

［2］何兆益，楊錫武．路基路面工程［M］．北京：人民交通出版社，2008：6-7．

［3］JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］．

［4］仇群鉆，張培君，張曉鵬．路基填土室內(nèi)CBR試驗(yàn)研究［J］．交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005(12)：153-157．

［5］鄭志華，王德潤，張志毅．土樣剪切波速超聲測試裝置與方法研究［J］．世界地震工程，2002，9(18)：43-44．

［6］高印立，王金英，閻澎旺．剪切波速與土性指標(biāo)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系［J］．建筑科學(xué)，1998，14(5)：20-22．

［7］李青山．路基土含水量對剪切波速的影響分析［J］．現(xiàn)代公路，2010(13)：120-122．

［8］柳墩利，葉陽升，李 英．承載比(CBR)在路基填料壓實(shí)中的應(yīng)用及其間接測定法［J］．鐵道建筑，2004(6)：41-43．

［9］楊廣慶，高民歡，張新宇．高速公路路基填料承載比影響因素研究［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(1)：98-100．

［10］GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［11］李 濤．CBR試驗(yàn)中需要注意的幾個問題［J］．道路工程，2007，7(33)：266-267．

［12］齊文浩，劉德東，張宇東，等．剪切波速推測的工程應(yīng)用［J］．防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9(4)：17-20．

［13］Yang Guang-Qing，Wang Xi-Zhao，Wang Jun-Xia，etc．Study on the engineering characteristic of California Bearing Ratio (CBR)of expressway subgrade material［J］．Proc Int Conf Chi-nese Logist Transp Prof-Logist：Emerg．Front．Transp．Dev．China，2008(3)：2590-2595．

［14］Maheswari R Uma，Boominathan A．，Dodagoudar G．R．Use of Surface Waves in Statistical Correlations of Shear Wave Velocity and Penetration Resistance of Chennai Soils［J］．Geotech Geol Eng，2010(28)：119-137．

The experimental research on shear wave velocity analysis model of sand sub-grade CBR value

WANG Hong-mei1WANG Jie2

(1．Huatong Road ＆ Bridge Group Limited Company，Yangquan 045000，China; 2．Hebei University of Technology，Tianjin 300000，China)

Based on the related research of literature at home and abroad，through the indoor experiment further research on the role of bearing ratio(CBR)and sand foundation soil shear wave velocity，established the shear wave velocity analysis model of sand foundation soil CBR value，and applied to clay and silty soil foundation，the practice proved that：in promise of not damaged pavement this model got sand foundation CBR value，reduced the assessment cost．

shear-wave velocity，dry-density，model

TU470

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.125

1009-6825(2013)10-0068-03

2013-01-08

王紅梅(1972-)，女，工程師; 王 潔(1987-)，女，在讀碩士