[发明专利]地基变形模量和承载力的动测方法

说明书

本发明属于用机械应力测试固体材料的强度特性，特别涉及用动测方法确定地基变形模量和承载力。

地基变形模量和容许承载力是工业与民用建筑地基基础设计中最主要的两个指标。按照我国有关规范规定，应在现场作静荷载试验来确定，而且每一均质土层至少要进行三个以上的试验并取三次试验结果的平均值（三次试验结果的极差不超过平均值的30%，否则还应增加试验次数）。显然，这样试验费时、费工、费钱，要求的工作面积大，而且有时还会出现安全事故。

本申请人CN86107964.7专利“共振试桩法”提供了一种动力试桩方法，它是对桩基系统施加电磁激振力，并由量测系统量测其动态反应数据，再根据有关公式进行计算而间接获得单桩承载力，与静荷载试桩结果基本吻合。但是，桩与地基不同，前者是有限体，而后者是半无限体，因此不能直接对地基施加激振力进行测试。87100975.7号申请推荐的动测地基承载力的装置，是目前许多动测装置中的一种，该装置复杂、麻烦，现场运输安装均不方便，虽然提出可以由“质量块”等与地基形成一个单自由的振动体系，但是该质量块是由不同数量的金属板组成，还要加工定位孔与螺栓配合，质量块之间还要安装支承弹簧，而且并没有确定“质量块”的面积、刚性大小及形状等，而这些都与地基刚度有关。用该装置测地基承载力是先假定土的“参振质量”，测出单自由度体系的振动频率得出动刚度，再作静荷载试验，用动静关系确定承载力。这里，土的“参振质量”及动静关系等均无明确的确定方法，而且“参振质量”在工程学术界至今都是有争议的问题;所谓动静关系要由荷载试验定，即每动测一次要相应地作一次静载试验，这就失去了动测的意义。

总之，现有技术没有解决只进行动力测定而不作静载试验即能确定地基的变形模量和承载力的问题。

本发明的目的就是要利用现有动测设备仪器，只进行动测而不作静荷载试验即能确定地基的变形模量与承载力，并使其与静荷载试验的结果基本吻合。

要达到上述目的，其关键问题是用什麽样的荷载板以及建立动测结果同地基变形模量与承载力之间的关系并使由此关系得出的结果与静荷载试验的结果基本吻合。

所用荷载板必须是刚性的，其底面与欲测地基土完全接触，现场最好用现浇混凝土板，预制板也可以，对其施加激振力有两种方法可以选择，一种是施加稳态扫频激振力，另一种是施加瞬态冲击激振力。前者通过电磁激振器施加，后者可用手锤激振。激振应保证地基土处于弹性变形状态，因此不能用大能量的冲击荷载或机械激振器，否则应控制土的动应变量级并进行适当修正。测振采用固定在荷载板（或称基础板）顶面的传感器，信号放大后输入分析记录仪，考虑到荷载板可能产生水平振动，宜用2个传感器。必要时也可在荷载板中心的激振点处增设力传感器。

施加激振力后，测定荷载板的振动速度频域响应曲线或位移时域响应曲线，经计算得出地基的弹性刚度K;

对于施加电磁激振力产生的强迫振动：

K＝m（2πf_n）²

或K＝Q₀（2πf_i）/V_i

式中  m-刚性荷载板的质量;

f_n-频域响应曲线上的共振频率;

Q₀-激振力的幅值;

f_i-频域响应曲线上低频直线段的任一频率;

V_i-对应于f_i的振动速度幅值。

对于手锤激振产生的自由振动：

K＝m（2π/T）²

式中，T为时域响应曲线上所得的振动周期，其它符号的物理意义同上。

本发明人根据其多年来所作的大量的静动现场试验结果，建立了该弹性刚度K与静载试验的地基变形模量E₀及地基容许承载力f_K之间的下列较好的吻合关系，并据此关系用动测法方便地解决了实际工程问题，即：