專利名稱：附加質量測定地基承載力的方法
技術領域：
本發明屬于工程建筑地基承載力測試領域中的動測方法。
目前工程建筑的地基承載力測試方法分為靜、動兩大類，靜壓法是以靜力學為理論基礎，用在地基荷載板上堆重或鉚樁反力系統達到測定地基承載力的目的，是常規標準方法，但是此方法存在著設備笨重，測試周期長，測試費用高的缺點。為尋求一快速、經濟、簡便的方法，許多專家學者對地基承載力的理論及方法的研究進行了探討，文獻“橋梁地基基礎試驗”(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。其基本原理是根據地基在敲擊的作用下的振動頻率的高低以判斷地基的強弱。基本途經是用儀器測定地基的振動頻率，代人有關理論公式，計算彈性均壓系數C2，又根據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點是設備簡單，測定迅速。但由于此種方法所依據的振動模型即參加振動的土體質量(m)是假定的，并且在計算的過程中需要摻進來多個假定數據，因而計算繁雜，同時求出的地基承載力的數據與常規靜載測試所得數據誤差較大，在實際應用中不易掌握。由中國建筑工業出版社出版，孫更生、鄭大同1987年所著“軟土地基與地下工程”(第332-338頁)和中國建筑工業出版社出版，嚴人覺、王貽蓀、朝清宇著的“動力基礎半空間理論概論”(第188-189、260-261頁)中對以動力學為理論基礎將基礎土系統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，以及附加質量與動剛度，靜剛度的關系都作了論述，但是對如何解決和計算參振土體的質量及附加質量的處理問題都沒有找出合理的方法。
本發明的目的是提供一種設備簡單，測定快速、準確、經濟且易掌握的附加質量測定地基承載力的方法。
本發明的技術方案是通過下列方式實現的利用附加質量(△Q)-1m2承載板-地基土體組成振動體系的振動，測定相應的振動頻率f，求出相關的函數值D，(D＝g/ω2，ω＝2πf)然后利用振動體系地基土動剛度K與附加質量(△Q)和相關函數D的線性關系K＝△Q/△D，求出K值，利用地基動剛度與靜承載力(R)關系將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，以附加質量(△Q)值為橫坐標，以所測和計算出的D值為縱坐標的坐標系中找出坐標點，將坐標點連起來得一曲線，則曲線上任一點斜率的倒數值(△Q/△D)即為地基動鋼度K值。
附加質量分級附加，最好至少分4級附加。
附加質量的大小選用能使每加一級質量后測出的自振頻率差大于測頻儀器的系統誤差。
曲線最好選在坐標點群中心線位置。
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。
本發明的原理是以動力學為理論基礎，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中引入附加質量(△Q)概念，并將參振質量分解為地基土參振質量mO和附加參振質量△m，這樣公式即變為公式K＝ω2(mo+△m)……(1)，式中△m為附加質量，是人為加在地基振動體系上的;mO是地基土的參振質量，是未知的;ω是振動體系的固有園頻率，是△m的函數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，是常量。(1)式可變為(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)。根據(2)式任意給定兩個△Q值并測定出相應的固有頻率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，測出相應的D值，以△Q為橫坐標，以D為縱坐標在坐標系中畫出各點作D-△Q曲線(如圖2)，曲線上任一點斜率的倒數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，曲線在縱坐標上的載距即是△Q＝O時的D值。
然后建立動靜關系，在同一測點上，作動測后再作常規的靜壓試驗，取得一組動靜數據，通過對大量點位的動靜數據的回歸分析，建立動剛度與靜壓承載力R之間的關系為R＝ak+b(a＝0.7-1.0，b＝25-40)。
本發明的積極效果是1、設備簡單，重量輕，所需全部設備重量為10KN，搬運、操作容易、方便。2、快速，每測一個點所需時間平均為半小時，僅相當于靜壓測量時間的二百分之一。3、經濟，每測一組數據(一個點位的數據)需要費用1500元，而靜壓測量則需6000-10000元。4、準確，本發明測試承載力的相對誤差為6.12%～19%。
圖1為附加質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＃點位測試繪制的D-△Q曲線。
圖4為河南永城試驗基地Y3號點位測試繪制的D-△Q曲線。
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳細說明實施例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和中科院聲學研究所研制的SL-2振動信號分析儀5聯接，用錘4擊震承壓板3邊側地基土，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的附加質量1，再用錘4擊震承壓板3邊側地基土，使附加質量-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上顯示出相應體系自振頻率f＝27.5，這樣連續4次附加，每次附加質量級差為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，所測各次數據列于表1，由公式D＝g/ω2，ω＝2πf計算出相應的D值，其相應數據列于表1。
然后，以表1中△Q值為橫坐標，以相應D值為縱坐標在坐標系中找出各坐標點，取坐標點群中心線為D-△Q曲線S1＃如圖3所示，在曲線S1＃上任選一點，找出點的橫坐標△Q＝10時，縱坐標D＝4.7，△Q＝0，D＝2.76，由公式K＝△Q/△D得點位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＃點位進行測試，其測試方法和計算方法同實施例1，測試數據和計算數據列于表1，由數據選曲線S2＃如圖3點位S2＃曲線所示，由曲線得S2＃點位地基動剛度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位Y3進行測試，其測試方法和計算數據如表2所示，測試數據列于表1，由△Q和D數據選定Y3曲線由圖4所示。由曲線得Y3點位地基動剛度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，按照常規靜載測試方法，對一同點位即S1＃、S2＃、Y3＃分別進行測試，測得地基靜載力數據由表2所示。
權利要求
1.一種附加質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，求出相關的函數值D(D=g/ω2ω=2πf)，然后利用振動體系地基土動剛度K與附加質量(△Q)、相關函數D值的線性關K=△Q/△D，求出K值，利用地基動剛度與靜載力(R)的關系將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。
2.一種根據權利要求1所述的附加質量測定地基承載力的方法，其特征在于所述地基動剛度K的測定采用附加質量至少分4級附加，每附加1級質量，測出相應的體系的自振動頻率f，求出相關的函數D值，再以附加質量(△Q)為橫坐標，以其相關的函數值D為縱坐標在坐標系內找出相應坐標點，將各點連接成一曲線，找曲線上任何一點對應的△Q、D，求地基動剛度K＝△Q/△D。
3.一種如權利要求2所述的附加質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點群中心位置。
4.一種如權利要求2所述的附加質量測定地基承載力的方法，其特征在于所述附加質量重量保證每加一級附加質量后測出的頻率差大于測頻儀器(7)的系統誤差。
5.一種如權利要求1、2、3、4所述的任何一種附加質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
本發明提供了一種附加質量測定地基承載力的方法，該方法建立在動力學的基礎上，利用由附加質量——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 優先權日1993年7月9日
發明者李丕武 申請人:李丕武
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
