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摘要：本文采取试验方法对在含水量不同情况下的土石混合介质剪切波传播速度的影响进行分析，并对在一定条件下的纯土试件剪切波速的含水率的变化规律以及影响机理进行探讨。试验结果也表明，土体的含水量会直接影响土石混合介质的剪切波传播速度，呈负相关。而且根据研究结果可以更好地进行土石混合料压实质量剪切波速测试。
关键词：含水量；土石混合介质；剪切波传播速度
Abstract:this article adopts the method of experiment on the water content of earth-rock mixture medium under different conditions is analyzed the influence of shear wave velocity, and the pure soil specimen under certain conditions of moisture content change rule and influence mechanism of the shear wave velocity were discussed. Test results show that the soil water content will directly affect the shear wave velocity of earth-rock mixture medium, a negative correlation. And according to the research results can be better on earth-rock mixture compaction quality of shear wave velocity test.
key words ： water content; Earth-rock mixture medium; Shear wave velocity
中圖分类号：TV6文献标识码：A
引言
随着建筑工程的快速发展，施工队伍在进行建筑物施工过程中，为了评定地基压实质量，就采用剪切波速测试方法。因此，人们对于剪切波速的研究报道数量持续增加[1]。这是因为剪切波虽然无法在水中进行传播，但是其传播速度却会受到传播介质剪切密度和刚度的影响，在对地基强度和工程质量进行评定时，有着其他方法无法比拟的优势。相对应的，人们对传播介质中的含水量的大小对于剪切波传播速度快慢的影响，也是非常关注的。因为只有详细地了解剪切波速度与含水量的关系，才能够更好的应用剪切波速度来对地基压实质量进行评定。以下就对不同土石介质剪切波传播速度与含水量的关系进行分析。
一、含水量的变化对于细粒土剪切波速的影响
通过试验可以得知，影响剪切波速的主要原因是介质的密度和剪切模量，这是因为介质的密度在不同的含水率条件下，会出现变化，二者变化又会引起剪切模量的变化，这样就对剪切波速造成了影响[2]。
在进行试验时，研究人员要先配备含水量不同的各种土质，最好是低液限粘土、砂土和粉质粘土，试验方法是对土质进行锤击，主要是通过控制锤击的次数来对土质的密度进行改变。通过对剪切波速进行测试后，研究人员就可以得出，在一定的含水量的条件下，土石的干密度d和剪切波速Vs的曲线变化结果。研究人员通过对三种土质的研究，发现低液限粘土d=1.80g/cm3、砂土d=1.87g/cm3、粉质粘土的d=1.83g/cm3，还得出了含水量w和剪切波速Vs的数据结果。若是在不同含水率条件下，通过试验仍然没有直接得出土料的干密度，则研究人员就可以通过绘制出来的d- Vs曲线，再进行插值得出数据。
通过曲线图，研究人员发现在干密度相同的情况下，土体剪切波速会随着含水率的增加而递减，而在三种土质中，下降幅度依次是粉质粘土、低液限粘土、砂土。但是值得注意的是，随着含水率的递增，土体波速的下降速率也在逐渐减小，而当含水量达到一定值时，- Vs曲线就会趋于平缓。
剪切波速计算公式为Vs=，但是在土体密度相同的情况下，剪切波的传播速度就会直接由土的剪切模量来决定，而土体的剪切模量又是随着含水量w的变化而变化的。含水量少时，土粒之间就会出现相互咬合的情况，这样形成的骨架结构就会更加的紧密，土粒之间的内摩擦力和粘结力也会比较大，这时候土体的剪切模量就会增大，而顺应的，剪切波速度也会随之增大。土体含水量在增加的初期，剪切模量的变化会比较大，剪切波速也会显著减小。但是当含水量增加到一定程度时，其对剪切模量的影响就会逐渐降低，剪切波速的降幅也会趋于平缓。
二、含水量的变化对石料剪切波速的影响
研究人员选择6个圆柱形石料试件，并对其进行取芯，经过30天的风干后，就对其重量M和剪切波速Vs1进行测量后，再将其在清水中浸泡1天，并再次对其重量Mˊ和剪切波速Vs1´进行测量，具体表格如下。
表 1 湿水前后石料的剪切波速
从表格中，研究人员发现因为石块的结构相对来说，是比较致密的，而且渗透性特别的小，由此，石块质量在浸水前后并没有明显的改变，虽然其剪切波速出现了差异，通过检查后，发现是误差。石料的吸水率远远低于土体的含水率，所以研究者在进行土石混合料性质的后续分析时，可以完全忽略石料含水率的影响。
三、含水量变化对土石混合料剪切波速的影响
在进行试验之前，研究人员要先对不同含石量的石料进行级配，具体级配结果如表2。
表 2 土石混合料各级配组的粒组含量
在进行级配后，研究人员再对试验数据进行分析。首先，要将含水量不同的土样与石料进行充分搅拌。其次，是根据土石的不同比例，制备出含石量n在35%~75%之间的试件，且土样的干密度在一定条件下，得出含水量和剪切波速的相关数据资料。再次，是对含石量在35%、50%、65%、75%时的三种混合料的试验数据和拟合进行分析[3]。根据分析结构，研究人员发现随着含水量的增大，土石混合料的剪切波速会随之减小，但是相对于纯土而言，其减小的幅度比较大。而且，随着含石量的增加，剪切波速的减小幅度会随之递减，拟合曲线也会趋于平缓。当含石量>65%时，拟合曲线几乎成为了平直线，这是因为含石量>65%的时候，试件之间的空隙就会增大，而且其填料的分布也会不均匀，这样就会使得数据出现离散。
当含石量较少的时候，压实后的石料就会均匀的分布在土样中，并形成骨架结构。再加入少量的石料，进行压实，这样混合料的结构就会与压实后的纯细粒土的结构大致相似，这是由于土颗粒的结构性质的决定性作用。含水量的改变会直接影响到混合料的剪切波速，主要表现就在于含水量与纯土波速之间的相关性质，含水量与剪切波速呈负相关。
而且随着含石量的增加，骨架结构的作用将会逐渐增强，但是其剪切波的传播途径中土的整体影响力会逐渐减小。这样就会导致含水量对土石混合料的剪切波速度的影响力逐渐降低。但是又由于石料的含水率远远低于土体的含水率，所以研究者在进行土石混合料性质的后续分析时，可以完全忽略石料含水率的影响。
四、结语
从以上试验中，研究人员可以发现土体含水量在增加的初期，剪切模量的变化会比较大，剪切波速也会显著减小。但是当含水量增加到一定程度时，其对剪切模量的影响就会逐渐降低，剪切波速的降幅也会趋于平缓。石料的吸水率远远低于土体的含水率，所以研究者在进行土石混合料性质的后续分析时，可以完全忽略石料含水率的影响。含水量的改变会直接影响到混合料的剪切波速，主要表现就在于含水量与纯土波速之间的相关性质，含水量与剪切波速呈负相关。
【参考文献】
[1] 王建华, 程国勇. 饱和砂土的剪切波速与抗液化强度相关性研究[J].岩土工程学报, 2012,27.
[2] 李少波, 张献民, 王建华. 土石混填路基压实质量无损检测技术[J].水利水电技术, 2010,38.
[3] 李少波, 张献民, 智胜英. 路基压实度剪切波测试新技术[J].公路交通科技, 2011, 25.
关键词：含水量；土石混合介质；剪切波传播速度
Abstract:this article adopts the method of experiment on the water content of earth-rock mixture medium under different conditions is analyzed the influence of shear wave velocity, and the pure soil specimen under certain conditions of moisture content change rule and influence mechanism of the shear wave velocity were discussed. Test results show that the soil water content will directly affect the shear wave velocity of earth-rock mixture medium, a negative correlation. And according to the research results can be better on earth-rock mixture compaction quality of shear wave velocity test.
key words ： water content; Earth-rock mixture medium; Shear wave velocity
中圖分类号：TV6文献标识码：A
引言
随着建筑工程的快速发展，施工队伍在进行建筑物施工过程中，为了评定地基压实质量，就采用剪切波速测试方法。因此，人们对于剪切波速的研究报道数量持续增加[1]。这是因为剪切波虽然无法在水中进行传播，但是其传播速度却会受到传播介质剪切密度和刚度的影响，在对地基强度和工程质量进行评定时，有着其他方法无法比拟的优势。相对应的，人们对传播介质中的含水量的大小对于剪切波传播速度快慢的影响，也是非常关注的。因为只有详细地了解剪切波速度与含水量的关系，才能够更好的应用剪切波速度来对地基压实质量进行评定。以下就对不同土石介质剪切波传播速度与含水量的关系进行分析。
一、含水量的变化对于细粒土剪切波速的影响
通过试验可以得知，影响剪切波速的主要原因是介质的密度和剪切模量，这是因为介质的密度在不同的含水率条件下，会出现变化，二者变化又会引起剪切模量的变化，这样就对剪切波速造成了影响[2]。
在进行试验时，研究人员要先配备含水量不同的各种土质，最好是低液限粘土、砂土和粉质粘土，试验方法是对土质进行锤击，主要是通过控制锤击的次数来对土质的密度进行改变。通过对剪切波速进行测试后，研究人员就可以得出，在一定的含水量的条件下，土石的干密度d和剪切波速Vs的曲线变化结果。研究人员通过对三种土质的研究，发现低液限粘土d=1.80g/cm3、砂土d=1.87g/cm3、粉质粘土的d=1.83g/cm3，还得出了含水量w和剪切波速Vs的数据结果。若是在不同含水率条件下，通过试验仍然没有直接得出土料的干密度，则研究人员就可以通过绘制出来的d- Vs曲线，再进行插值得出数据。
通过曲线图，研究人员发现在干密度相同的情况下，土体剪切波速会随着含水率的增加而递减，而在三种土质中，下降幅度依次是粉质粘土、低液限粘土、砂土。但是值得注意的是，随着含水率的递增，土体波速的下降速率也在逐渐减小，而当含水量达到一定值时，- Vs曲线就会趋于平缓。
剪切波速计算公式为Vs=，但是在土体密度相同的情况下，剪切波的传播速度就会直接由土的剪切模量来决定，而土体的剪切模量又是随着含水量w的变化而变化的。含水量少时，土粒之间就会出现相互咬合的情况，这样形成的骨架结构就会更加的紧密，土粒之间的内摩擦力和粘结力也会比较大，这时候土体的剪切模量就会增大，而顺应的，剪切波速度也会随之增大。土体含水量在增加的初期，剪切模量的变化会比较大，剪切波速也会显著减小。但是当含水量增加到一定程度时，其对剪切模量的影响就会逐渐降低，剪切波速的降幅也会趋于平缓。
二、含水量的变化对石料剪切波速的影响
研究人员选择6个圆柱形石料试件，并对其进行取芯，经过30天的风干后，就对其重量M和剪切波速Vs1进行测量后，再将其在清水中浸泡1天，并再次对其重量Mˊ和剪切波速Vs1´进行测量，具体表格如下。
表 1 湿水前后石料的剪切波速
从表格中，研究人员发现因为石块的结构相对来说，是比较致密的，而且渗透性特别的小，由此，石块质量在浸水前后并没有明显的改变，虽然其剪切波速出现了差异，通过检查后，发现是误差。石料的吸水率远远低于土体的含水率，所以研究者在进行土石混合料性质的后续分析时，可以完全忽略石料含水率的影响。
三、含水量变化对土石混合料剪切波速的影响
在进行试验之前，研究人员要先对不同含石量的石料进行级配，具体级配结果如表2。
表 2 土石混合料各级配组的粒组含量
在进行级配后，研究人员再对试验数据进行分析。首先，要将含水量不同的土样与石料进行充分搅拌。其次，是根据土石的不同比例，制备出含石量n在35%~75%之间的试件，且土样的干密度在一定条件下，得出含水量和剪切波速的相关数据资料。再次，是对含石量在35%、50%、65%、75%时的三种混合料的试验数据和拟合进行分析[3]。根据分析结构，研究人员发现随着含水量的增大，土石混合料的剪切波速会随之减小，但是相对于纯土而言，其减小的幅度比较大。而且，随着含石量的增加，剪切波速的减小幅度会随之递减，拟合曲线也会趋于平缓。当含石量>65%时，拟合曲线几乎成为了平直线，这是因为含石量>65%的时候，试件之间的空隙就会增大，而且其填料的分布也会不均匀，这样就会使得数据出现离散。
当含石量较少的时候，压实后的石料就会均匀的分布在土样中，并形成骨架结构。再加入少量的石料，进行压实，这样混合料的结构就会与压实后的纯细粒土的结构大致相似，这是由于土颗粒的结构性质的决定性作用。含水量的改变会直接影响到混合料的剪切波速，主要表现就在于含水量与纯土波速之间的相关性质，含水量与剪切波速呈负相关。
而且随着含石量的增加，骨架结构的作用将会逐渐增强，但是其剪切波的传播途径中土的整体影响力会逐渐减小。这样就会导致含水量对土石混合料的剪切波速度的影响力逐渐降低。但是又由于石料的含水率远远低于土体的含水率，所以研究者在进行土石混合料性质的后续分析时，可以完全忽略石料含水率的影响。
四、结语
从以上试验中，研究人员可以发现土体含水量在增加的初期，剪切模量的变化会比较大，剪切波速也会显著减小。但是当含水量增加到一定程度时，其对剪切模量的影响就会逐渐降低，剪切波速的降幅也会趋于平缓。石料的吸水率远远低于土体的含水率，所以研究者在进行土石混合料性质的后续分析时，可以完全忽略石料含水率的影响。含水量的改变会直接影响到混合料的剪切波速，主要表现就在于含水量与纯土波速之间的相关性质，含水量与剪切波速呈负相关。
【参考文献】
[1] 王建华, 程国勇. 饱和砂土的剪切波速与抗液化强度相关性研究[J].岩土工程学报, 2012,27.
[2] 李少波, 张献民, 王建华. 土石混填路基压实质量无损检测技术[J].水利水电技术, 2010,38.
[3] 李少波, 张献民, 智胜英. 路基压实度剪切波测试新技术[J].公路交通科技, 2011, 25.