專利名稱：附加質(zhì)量測定地基承載力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程建筑地基承載力測試領(lǐng)域中的動測方法。
目前工程建筑的地基承載力測試方法分為靜、動兩大類，靜壓法是以靜力學(xué)為理論基礎(chǔ)，用在地基荷載板上堆重或鉚樁反力系統(tǒng)達(dá)到測定地基承載力的目的，是常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方法，但是此方法存在著設(shè)備笨重，測試周期長，測試費(fèi)用高的缺點(diǎn)。為尋求一快速、經(jīng)濟(jì)、簡便的方法，許多專家學(xué)者對地基承載力的理論及方法的研究進(jìn)行了探討，文獻(xiàn)“橋梁地基基礎(chǔ)試驗”(作者盧世深等，鐵道出版社，1984年，第94-106頁)中介紹了一種動力法測定地基承載力。其基本原理是根據(jù)地基在敲擊的作用下的振動頻率的高低以判斷地基的強(qiáng)弱。基本途經(jīng)是用儀器測定地基的振動頻率，代人有關(guān)理論公式，計算彈性均壓系數(shù)C2，又根據(jù)C2換算成地基容許承載力的，這種利用動測法測定地基承載力的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，測定迅速。但由于此種方法所依據(jù)的振動模型即參加振動的土體質(zhì)量(m)是假定的，并且在計算的過程中需要摻進(jìn)來多個假定數(shù)據(jù)，因而計算繁雜，同時求出的地基承載力的數(shù)據(jù)與常規(guī)靜載測試所得數(shù)據(jù)誤差較大，在實際應(yīng)用中不易掌握。由中國建筑工業(yè)出版社出版，孫更生、鄭大同1987年所著“軟土地基與地下工程”(第332-338頁)和中國建筑工業(yè)出版社出版，嚴(yán)人覺、王貽蓀、朝清宇著的“動力基礎(chǔ)半空間理論概論”(第188-189、260-261頁)中對以動力學(xué)為理論基礎(chǔ)將基礎(chǔ)土系統(tǒng)的振動模型化為彈性半空間表面或者彈性無限截頭堆體頂面剛體的振動問題來研究，以及附加質(zhì)量與動剛度，靜剛度的關(guān)系都作了論述，但是對如何解決和計算參振土體的質(zhì)量及附加質(zhì)量的處理問題都沒有找出合理的方法。
本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備簡單，測定快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)且易掌握的附加質(zhì)量測定地基承載力的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過下列方式實現(xiàn)的利用附加質(zhì)量(△Q)-1m2承載板-地基土體組成振動體系的振動，測定相應(yīng)的振動頻率f，求出相關(guān)的函數(shù)值D，(D＝g/ω2，ω＝2πf)然后利用振動體系地基土動剛度K與附加質(zhì)量(△Q)和相關(guān)函數(shù)D的線性關(guān)系K＝△Q/△D，求出K值，利用地基動剛度與靜承載力(R)關(guān)系將K值代入公式R＝ak+b(a＝0.7-1.0，b＝25-40)從而得出地基承載力R。
地基動鋼度K的確定最好采用以下步驟，以附加質(zhì)量(△Q)值為橫坐標(biāo)，以所測和計算出的D值為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中找出坐標(biāo)點(diǎn)，將坐標(biāo)點(diǎn)連起來得一曲線，則曲線上任一點(diǎn)斜率的倒數(shù)值(△Q/△D)即為地基動鋼度K值。
附加質(zhì)量分級附加，最好至少分4級附加。
附加質(zhì)量的大小選用能使每加一級質(zhì)量后測出的自振頻率差大于測頻儀器的系統(tǒng)誤差。
曲線最好選在坐標(biāo)點(diǎn)群中心線位置。
為使承壓板受地基反力均勻，在其下面墊上一層2-3厘米厚的砂土。
本發(fā)明的原理是以動力學(xué)為理論基礎(chǔ)，建立地基振動體系與彈簧振動體系的等效模型，在彈簧振動體系的基本公式K＝mω2中引入附加質(zhì)量(△Q)概念，并將參振質(zhì)量分解為地基土參振質(zhì)量mO和附加參振質(zhì)量△m，這樣公式即變?yōu)楣終＝ω2(mo+△m)……(1)，式中△m為附加質(zhì)量，是人為加在地基振動體系上的;mO是地基土的參振質(zhì)量，是未知的;ω是振動體系的固有園頻率，是△m的函數(shù)K是地基振動體系的動剛度，是確定地基承載力的重要參數(shù)，是常量。(1)式可變?yōu)?2)式D＝K(Q+△Q)……(2)，式中D＝g/ω2，QO＝mog(地基土的參振重量)，△Q＝△mg(附加重量)ω＝2πf，f-體系自振頻率，g-重力加速度，K′-1/K(地基動剛度的倒數(shù))。根據(jù)(2)式任意給定兩個△Q值并測定出相應(yīng)的固有頻率f，即可求出QO及K，為了消除測試中的誤差，可以給定一系列△Q值，測出相應(yīng)的D值，以△Q為橫坐標(biāo)，以D為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)系中畫出各點(diǎn)作D-△Q曲線(如圖2)，曲線上任一點(diǎn)斜率的倒數(shù)即為所求的地基土動剛度K，曲線在△Q軸上的載距的絕對值為地基參振質(zhì)量QO，曲線的斜率為K′＝△D/△Q，反之則為△Q/△D＝K，即地基動剛度K，QO＝DOK，曲線在縱坐標(biāo)上的載距即是△Q＝O時的D值。
然后建立動靜關(guān)系，在同一測點(diǎn)上，作動測后再作常規(guī)的靜壓試驗，取得一組動靜數(shù)據(jù)，通過對大量點(diǎn)位的動靜數(shù)據(jù)的回歸分析，建立動剛度與靜壓承載力R之間的關(guān)系為R＝ak+b(a＝0.7-1.0，b＝25-40)。
本發(fā)明的積極效果是1、設(shè)備簡單，重量輕，所需全部設(shè)備重量為10KN，搬運(yùn)、操作容易、方便。2、快速，每測一個點(diǎn)所需時間平均為半小時，僅相當(dāng)于靜壓測量時間的二百分之一。3、經(jīng)濟(jì)，每測一組數(shù)據(jù)(一個點(diǎn)位的數(shù)據(jù))需要費(fèi)用1500元，而靜壓測量則需6000-10000元。4、準(zhǔn)確，本發(fā)明測試承載力的相對誤差為6.12%～19%。


圖1為附加質(zhì)量測定地基承載力的裝置示意圖。
圖2為D-△Q曲線示意圖。
圖3為河南第二少管所試驗基地S1＃、S2＃點(diǎn)位測試?yán)L制的D-△Q曲線。
圖4為河南永城試驗基地Y3號點(diǎn)位測試?yán)L制的D-△Q曲線。
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明實施例1、由圖1所示，在河南第二少管所試驗基地選定S1＃點(diǎn)位，然后，平整，鋪勻2-3厘米厚的砂土，將1米2的承壓板3平放在砂土上，用石膏將拾振器2和中科院聲學(xué)研究所研制的SL-2振動信號分析儀5聯(lián)接，用錘4擊震承壓板3邊側(cè)地基土，使1米2承壓板一地基土組成的振動體系振動，此時，從振動信號分析儀5顯示出體系自振頻率f＝30(HZ)，然后于承壓板3上加一重量為2.5KN的附加質(zhì)量1，再用錘4擊震承壓板3邊側(cè)地基土，使附加質(zhì)量-1米2承壓板-地基土組成的振動體系振動，此時從振動信號分析儀5上顯示出相應(yīng)體系自振頻率f＝27.5，這樣連續(xù)4次附加，每次附加質(zhì)量級差為2.5KN，每附加一次體系振動一次。振動信號分析儀上顯示一次體系的振動頻率f，所測各次數(shù)據(jù)列于表1，由公式D＝g/ω2，ω＝2πf計算出相應(yīng)的D值，其相應(yīng)數(shù)據(jù)列于表1。
然后，以表1中△Q值為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)D值為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)系中找出各坐標(biāo)點(diǎn)，取坐標(biāo)點(diǎn)群中心線為D-△Q曲線S1＃如圖3所示，在曲線S1＃上任選一點(diǎn)，找出點(diǎn)的橫坐標(biāo)△Q＝10時，縱坐標(biāo)D＝4.7，△Q＝0，D＝2.76，由公式K＝△Q/△D得點(diǎn)位S1＃地基動剛度K＝(10-0)/(4.70-2.76)＝5.15×104(KN/m)，將K＝5.15×104代人公式R＝aK+b(a＝0.7 b＝40)得點(diǎn)位S1＃地基承載力R＝0.7×5.15×104+40＝76.05(KPa)，如表2所示。
實施例2，在河南第二少管所試驗基地，選定S2＃點(diǎn)位進(jìn)行測試，其測試方法和計算方法同實施例1，測試數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)列于表1，由數(shù)據(jù)選曲線S2＃如圖3點(diǎn)位S2＃曲線所示，由曲線得S2＃點(diǎn)位地基動剛度K＝(10-0)/(3.82-2.5)＝7.57×104(KN/m)，將K＝7.57×104代入公式R＝aK+b(a＝1.0 b＝32.5)得點(diǎn)位S2＃地基承載力為R＝0.85×7.57×104+32.5＝96.25(KPa)，如表2所示。
實施例3，在河南永城試驗基地選取點(diǎn)位Y3進(jìn)行測試，其測試方法和計算數(shù)據(jù)如表2所示，測試數(shù)據(jù)列于表1，由△Q和D數(shù)據(jù)選定Y3曲線由圖4所示。由曲線得Y3點(diǎn)位地基動剛度K＝(7.5-0)/(2.26-1.72)＝13.9×104(KN/m)，將K＝13.9×104代入公式R＝ak+b(a＝0.85 b＝25)得點(diǎn)位Y3地基承載力為R＝0.85×13.9×104+25＝164(KPa)，如表2所示。
對照例，按照常規(guī)靜載測試方法，對一同點(diǎn)位即S1＃、S2＃、Y3＃分別進(jìn)行測試，測得地基靜載力數(shù)據(jù)由表2所示。
權(quán)利要求
1.一種附加質(zhì)量測定地基承載力的方法，其特征在于用測頻儀器(7)先測出由附加質(zhì)量(1)-1米2承壓板(3)-地基土體組成的振動體系的振動頻率f，求出相關(guān)的函數(shù)值D(D=g/ω2ω=2πf)，然后利用振動體系地基土動剛度K與附加質(zhì)量(△Q)、相關(guān)函數(shù)D值的線性關(guān)K=△Q/△D，求出K值，利用地基動剛度與靜載力(R)的關(guān)系將K值代入公式R=aK+b(a=0.7-1.0 b=25-40)，從而得出地基土承載力R。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的附加質(zhì)量測定地基承載力的方法，其特征在于所述地基動剛度K的測定采用附加質(zhì)量至少分4級附加，每附加1級質(zhì)量，測出相應(yīng)的體系的自振動頻率f，求出相關(guān)的函數(shù)D值，再以附加質(zhì)量(△Q)為橫坐標(biāo)，以其相關(guān)的函數(shù)值D為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)系內(nèi)找出相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，將各點(diǎn)連接成一曲線，找曲線上任何一點(diǎn)對應(yīng)的△Q、D，求地基動剛度K＝△Q/△D。
3.一種如權(quán)利要求2所述的附加質(zhì)量測定地基承載力的方法，其特征在于所述曲線最好選在坐標(biāo)點(diǎn)群中心位置。
4.一種如權(quán)利要求2所述的附加質(zhì)量測定地基承載力的方法，其特征在于所述附加質(zhì)量重量保證每加一級附加質(zhì)量后測出的頻率差大于測頻儀器(7)的系統(tǒng)誤差。
5.一種如權(quán)利要求1、2、3、4所述的任何一種附加質(zhì)量測定地基承載力的方法，其特征在于承壓板(1)下墊一層2-3厘米厚的砂土。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種附加質(zhì)量測定地基承載力的方法，該方法建立在動力學(xué)的基礎(chǔ)上，利用由附加質(zhì)量——1米
文檔編號G01L5/00GK1081509SQ93107958
公開日1994年2月2日 申請日期1993年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月9日
發(fā)明者李丕武 申請人:李丕武