钻孔波速测试介绍
隧道岩石声波波速测试
附件一、项目来源受某院委托，我院承担安包隧道项目工程地质钻孔声波波速测试工作。
二、任务与目的岩石声波波速测试，用于划分岩体风化壳及其强度评价、深部地层软弱结构面、破碎带埋深及岩溶发育特征的勘查，计算钻孔岩石完整性系数，判别钻孔岩层的完整性。
三、波速测试工作情况我院于2016年11月18日进场开展测试工作共完成了3个钻孔的波速测试工作，共完成310.25m的波速测试，具体工作量统计见表1.3.1所示。
四、声波波速测试原理与方法技术声波检测技术中有三个声学参量，即声速、声波波幅及频率，可对介质的物性做出评价。
各声学参量简述如下：①声速与弹性力学参数的关系：当测取岩体的纵波及横波声速Vp与Vs，并已知岩体密度ρ的情况下，便可以获取岩体的动弹性模量E、剪切模量G和泊松比б，从而做出对岩体的动力学特征做出评价。
②声速岩体完整性指数：可用纵波评价岩体的质量，可用岩石样本的纵波波速Vpr与岩石的纵波平均声速Vpo测算出岩体的完整性指数Kv。
由完整性指数，可对岩体的工程力学性质进行分类。
③声速与岩体的裂隙：当波动的前方有裂隙存在时，在裂隙尖端所产生的新的点振源浆可绕过裂隙继续传播，形成波的“绕射”。
绕射的过程声线“拉”长，声时加长，使视声波降低，故声波不仅可对岩体的风化程度加以划分，对岩体中存在的裂隙有着极为敏感的反应。
④声波与岩体结构的关系：声波在整体块状结构中得传播速度最快，在层状结构、碎裂状结构、散体结构中，由于裂隙发育程度不同，声波在这种非均质介质中传播，将会在不同的波阻抗界面产生波的折射、反射、波形转换等，使波速拉长，从而使声波随结构的复杂而降低。
由测试对象及测试目的的不同，声波测试有多种方法，具体有投透射法、折射法、反射法等。
其中折射法—单孔一发双收声测井法主要用于岩体风化壳划分及强度评价、深部地层软弱结构面、破碎带埋深及发育特征的勘查。
根据本项目特点，采取单孔一发双收声测井进行检测。
工作方法如右图所示：五、声波波速测试岩土划分依据计算岩体的完整性系数Kv：Kv=（Vpr①∕Vpo②）2①Vpr－在钻孔岩体各个岩性分段中测得的纵波波速平均值；②Vpo－选用本场地各钻孔各岩性分段的新鲜岩样纵波波速。
孔内剪切波速测试
孔内剪切波速测试孔内剪切波速测试是一种用于测量材料内部剪切波速的非破坏性测试方法。
它可以用于评估材料的弹性性能和结构完整性，广泛应用于土木工程、地质勘探、岩石力学等领域。
孔内剪切波速测试是通过在被测材料内部钻取孔洞，并通过特定仪器测量孔洞内剪切波的传播时间来得到材料的剪切波速。
这种测试方法的原理基于剪切波在材料内部传播的速度与材料的物理性质有关。
材料的密度、弹性模量以及孔洞的大小和形状等因素都会影响剪切波的传播速度。
在进行孔内剪切波速测试之前，需要先在被测材料内部钻取孔洞。
通常使用的钻孔工具有钻孔机、钻杆和钻头等。
选择合适的钻孔工具和参数可以确保钻孔的准确性和稳定性。
钻孔的位置和数量也需要根据具体测试要求进行确定。
完成钻孔后，需要使用专门的测试设备进行孔内剪切波速测试。
这种测试设备通常由传感器、数据采集系统和计算机分析软件组成。
传感器用于接收和记录孔内剪切波的信号，数据采集系统用于将信号转化为数字信号并传输给计算机，计算机分析软件则用于处理和分析采集到的数据。
在进行孔内剪切波速测试时，需要注意以下几点。
首先，确保测试设备的稳定性和准确性，避免因设备问题导致测试结果不准确。
其次，钻孔的位置和数量需要合理选择，以保证测试结果的可靠性。
此外，测试过程中需要注意保护测试设备和被测材料，避免二者受到损坏。
孔内剪切波速测试的结果可以用于评估被测材料的弹性性能和结构完整性。
根据测试结果，可以计算出材料的剪切模量和剪切强度等参数，进而评估材料的力学性能和工程可用性。
此外，孔内剪切波速测试还可以用于检测材料的缺陷和损伤，帮助及早发现并修复问题，提高工程的安全性和可靠性。
孔内剪切波速测试是一种重要的非破坏性测试方法，可用于评估材料的弹性性能和结构完整性。
通过钻取孔洞并测量孔洞内剪切波的传播时间，可以得到材料的剪切波速，并根据此结果评估材料的力学性能和工程可用性。
这种测试方法在土木工程、地质勘探、岩石力学等领域具有广泛的应用前景。
波速测试
工程名称：沧源佤王子商务酒店项目深度范围(m) 岩土名称纵波波速Vp(m/s)横波波速Vs(m/s)动泊松比μd土的类型纵波Vp、横波Vs直方图钻孔波速测试成果说明0.0-0.80 回填土521 164 0.47 中软土VS VP 1、波速测试采用单孔叩板检层法，该孔测点数共为50个测试点。
根据《地基动力特征测试规范》（GB/T50269-97）取各土层测点的平均值波速值作为该土层的等效剪切波速值。
2、各地层土的类型根据钻孔的实测剪切波测试结果及钻孔资料，该场地的覆盖层厚度小于50.00米。
所测钻孔的等效剪切波速为：钻孔ZK4Vse=227.01m/s该孔的等效剪切波速为Vse=227.01m/s3.根据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010年版）中有关剪切波速划分土的类型和判别建筑场地类别的规定，各地层土的类型划分见表中所列，本场地以中软场地土为主，整个场地的建筑场地类别为Ⅱ类。
0.80-5.40 粉质粘土612 212 0.43 中软土5.40-7.50 砾砂654 242 0.41 中软土7.50-15.00 粉质粘土632 231 0.43 中软土15.00-20.00 粉质粘土645 245 0.41 中软土工程名称：沧源佤王子商务酒店项目深度范围(m) 岩土名称纵波波速Vp(m/s)横波波速Vs(m/s)动泊松比μd土的类型纵波Vp、横波Vs直方图钻孔波速测试成果说明0.0-1.00 回填土510 155 0.47 中软土VS VP 1、波速测试采用单孔叩板检层法，该孔测点数共为50个测试点。
根据《地基动力特征测试规范》（GB/T50269-97）取各土层测点的平均值波速值作为该土层的等效剪切波速值。
2、各地层土的类型根据钻孔的实测剪切波测试结果及钻孔资料，该场地的覆盖层厚度小于50.00米。
所测钻孔的等效剪切波速为：钻孔ZK6Vse=223.21m/s该孔的等效剪切波速为Vse=223.21m/s3.根据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010年版）中有关剪切波速划分土的类型和判别建筑场地类别的规定，各地层土的类型划分见表中所列，本场地以中软场地土为主，整个场地的建筑场地类别为Ⅱ类。
波速仪的基本原理及现场工作方法
波速仪的基本原理及现场工作方法
根据地表脉冲源激震产生的瑞雷面波(P波S波)在弹性分层的半空间介质中传播速度的差异，测试地基土层的动力性质，以评价其动力性能及其对地震反应可能产生的影响。
本文重点介绍了波速仪波速测试的基本原理及现场工作方法。
01 波速测试的基本原理
波速测试是在地表采用脉冲源激震，产生瑞雷面波，瑞雷面波是有Р波和SV型非均匀平面波叠加而成，它们在岩土介质中的传播特征和速度各不相同，直达Р波传播速度最快，直达S波次之。
根据它们传播速度的差异，通过在钻孔中安置的三分量检波器，接收它们到达的时间，波形等特征，再根据传播距离和直达波(P波，S 波)的初至时间计算出Р波、S波在地下介质中的传播速度，一般S波更能代表岩土的物理性质，这是波速测试的主要原理。
02 波速测试的现场工作方法
采用锤击上压重物的木板为震源激发S波，木板长轴向线对准测试孔中心，竖直锤击水平放置在地表的木板为震源激发Р波，孔心与木板间距根据规范确定为1 ~2m，三分量检波器设置在测试孔内，自下而上每间隔一米观测一次，地层界面加密观测。
观测时采用充气气
囊挤压方式贴壁。
采样间隔0.25ms。
单孔剪切波测试的原理及注意事项
单孔波速测试原理 及注意事项杨永波 2010.41、为什么要做单孔波速测试？天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具 有多层结构的非匀质土体，为了解地基土层的空间 分变化情况，提供与波速有关的岩土动力学参数、 计算土层的动剪模量剪切模量、了解地基的软弱地 层、 分析地基土的类型和建筑物场地类别，进行 地基土的地震反应计算等，必须使用波速测井这种 地球物理方法。
2、什么是单孔波速测试？单孔检层法，也称弹性波速度测井，是在 一个垂直钻孔中进行波速测试的一种方法。
按照震源和检波器在钻孔中所处的位置， ①地表激发孔中接收法 ②孔中激发地表接收法 ③孔中激发孔中接收法 ④孔底法 常用地表激发孔中接收法。
2、什么是单孔波速测试？一般情况下，通过三分量传感器测试场地的剪切 波（横波）和场地的压缩波（纵波）。
但由于场地土层的松散性和地下水位的影响， 压缩波比较难以测到，因此很多时候单孔波速测试 主要是测试剪切波。
2、单孔波速测试的原理利用直达波的原理，由震源产生压缩波（又称P波） 和剪切波（又称SH波），经过岩(土)体，被放置在孔 中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计 算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。
原位测定压缩波(P波)、剪切波(SH波)在岩(土)体 中的传播速度，从而避免了室内测试所带来的误差。
优点：直接对地层测试、结果相对精确且不需要 任何场地（只要能成孔）。
2、单孔波速测试的原理当S波穿过地球时，它们遇到构造不连续界面时会 发生折射或反射，并使其振动方向发生偏振。
当发生 偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。
当岩石颗粒在含波传播方向的竖直平面里运动时，这 种S波称为SV波。
SH波 SH-wave 水平偏振横波。
质点在垂直于入射平面 的方向上振动的波叫水平偏振横波。
SV波 SV-wave 垂直偏振横波。
质点在入射平面内且与 传播方向垂直振动的波叫垂直偏振横波。
5.波速测试讲解
的动力特性，故通常测试土中的剪切波速，测试的方法有单孔法 （检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。
3
1. 单孔法 单孔法是在一个钻 孔中分土层进行检测， 故又称检层法，因为只 需一个钻孔，方法简便， 在实测中用得较多，但 精度低于跨孔法。单孔 法的现场测试情况如图51所示。
岩土工程原位测试技术
第5章 波速试验
1
第5章 内 容
5.1 试验设备和方法 5.2 基本测试原理 5.3 试验成果的整理分析 5.4 试验成果的应用
讨论
2
5.1 试验设备和方法
5.1.1 试验设备 试验设备一般包含激振系统、信号接收系统（传感器）和信
号处理系统。 测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。
一般而言，介质的质量密度越高、结构越均匀、弹性模量越大， 则弹性波在该介质中的传播速度也越高，同时我们又知道该介质的 力学特性也越好。故弹性波的传播速度在通常的情况下能反映材料 的力学和工程性质。
根据弹性理论，当介质受到动荷载的作用时将引起介质的动应
变，并以纵波、横波和面波等形式从振源向外传播。当动应力不超
12
（3）改变激振频率，测试不同深度处土层的瑞利波波速； （4）电磁式激振设备可采用单一正弦波信号或合成正弦波信 号。 因为瑞利波在半无限空间中是在一个波长范围内传播的。低频 激振时，波长变长，可测出深层瑞利波速度。由低向高逐渐改变激 振频率，波长由长变短，探测深度由深变浅，从而得出不同深度的 弹性常数。 测试过程中要注意如下几点： （1）A、B检波器的距离一定要小于1个波长的距离。这是因 为，如果设置的距离过大，就可能会出现相位差的误判。但检波器 间的间距又不应太小，否则会影响相位差的计算精度； （2）为提高确定相位差的精度，应尽量选取小的采样间隔； （3）为保证波峰的可靠对比和压制干扰波，需要时可将正弦 激振波加以调制；
波速实验
内容摘要波速测试适用于测定各类岩土体的波速，确定与波速有关岩土参数，为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析等。
本文介绍了波速测试的工作原理和野外测试方法，并结合岩土工程实例，说明其应用效果。
正文一、前言波速测试目前已广泛应用于水电、铁路、工民建等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。
一些重要的岩土工程勘察中，野外除进行常规原位测试工作外，还进行了剪切波波速测试工作。
二、单孔波速测试的基本原理单孔波速测试：由震源产生压缩波（又称P波）和剪切波（又称S波），经过土层，由在孔中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。
1、测试仪器和设备：一套完整的速度检层法观测仪器应由四部分组成，即激震源、信号接收系统、记录系统和分析系统。
速度检层法可使用的激震源很多，如爆破、空气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。
一般的场地土层剪切波观测量常用的是敲击板激震源。
目前用于场地于层剪切波观测的拾震器一般均为速度型拾震器有三个分量，一个垂直，两个水平。
2、计算方法用速度检层法测得的剪切波速是钻孔内相邻二个测点中间土层的平均波速。
首先从记录上确认剪切波到时，再根据激震源的触发时间算出剪切波走时，然后由钻孔中测得深度和孔源距确定波的行程，最后将行程除以走时即得波速。
根据实测的资料，表1给出了不同土类的剪切波波速范围。
一般来说剪切波带随深度的增加而增加，但各地区剪切波速沿深度的变化规律并不一样。
通常内陆城市波速值相对较高，而沿海地区则偏低。
表1土质类别填土（包括杂填土）粘性土（包括亚粘土等）砂土（粉、中、粗）砾石、卵石、碎石风化岩岩石剪切波速范围(m/s) 90~270 100~450 100~450 200~500 350~500 >5003、测试方法（1）在待测场地钻孔，将三分量传感器放置在钻孔中，以适当方式（气囊或机械装置）使三分量传感器贴紧钻孔孔壁，在地面上钻孔孔口附近（通常1~3m）处放置长条形木板（通常长约2~4m，宽约0.4~0.5m，厚约0.1m），木板上压有重物（>500kg）。
波速测试
2．弹性波接收 波速法测试时，无论选择什么样的振源，一般都会产
生复合波，这就要求接收器既能记录到竖直振动分量，同 时又能记录到两个水平方向的振动分量，以便更好地识别 到剪切波到达的时刻。所以，一般采用三分量检波器。
三分量检波器是由3个传感器按相互垂直的方向固定 并密封在一个无磁性的圆筒内制成的，如图9－5所示。这 种检波器自振频率较高，对方向性不敏感，即使埋置倾斜， 也能有效的进行波动测试。
层覆盖层厚dov）
G h jG j h j
（5）确定场地覆盖层厚度dov（Vsj>=500m/s）
（6）计算场地土层平均剪切波速Vsm（15m内，但不超过
覆盖层厚度dov）
Vsm
h jVsj h j
（7）计算场地的卓越周期T（覆盖层厚度dov内）
T 4 h j
Vsj
概 波在岩土体内的传播速度，间接测定岩土体在小应变条
件下(10-4～10-6)的动弹性模量等参数。
述
波在地基土中的传播速度是地基土在动力荷载作用
下所表现出的工程性状之一，也是建(构)筑物抗震设计
的主要参数之一。
2．几组概念的区分
1）体波：在弹性体内部传播的波； 面波：在弹性体表面或不同介质交界面上传播的波；
但是，我们可以根据剪切波和压缩波的不同特点把 它们区分出来。区分的标志是：
（1）波速不同。压缩波速度快，剪切波速度慢。因此， 压缩波先到达，剪切波后到达。
（2）波形特征。压缩波传递的能量小，因此波峰小； 剪切波传递的能量大，因此峰值大。
（3）频率不一致。当剪切波到达时，波形曲线上会有 个突变，以后过渡到剪切波波形。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钻孔波速测试介绍
一、进行波速测试时，钻孔中需要充水或泥浆，以保证耦合。
二、通常采用扣板法测试，即用24磅大锤先纵向、后横向分别敲击产生地震波。
测向敲击时，锤击点离井口2-3m，敲击垫板。
横向敲击时，需要准备长2m、宽30-40cm、厚15-20cm的木板，上面压重500kg以上进行采集，一定要保证木板被压紧，不能敲击时产生滑动。
采集时要左右两侧分别敲击采集两个记录。
木板材质硬的话可以直接敲板；若是板子不够硬，为了保证触发，需要在木板的敲击端紧密地绑一垫板，不能有空隙，最好做一个铁板用铆钉将其钉到板子上。
整块木板也最好能用铁丝进行编绕，这样木板不容易敲裂。
三、对于超过50米以上的深孔可以采取只纵向敲击一次的方法进行测试。
四、正反向敲击时，纵波相位不变，但横波相位会改变，可以根据这个特点判断横波的初至。
五、实测时，系统连接以后，要先在地面上检查一下各部分是否完好，再下到井中。
六、参数设置：3道，100 s，采样点数可取得大一点以保证记录长度。
北京市水电物探研究所
2009-8-31。