最新5波速测试
波速测试
（ 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； 13
式中 m——波速比，m=vP/vs。
17
5.3 试验成果的整理分析
1. 单孔法
确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下 列规定：
（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形； （2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。 由于三分量检波器中有两个水平检波器，可得到两张水平分量 记录，应选最佳接收的记录进行整理。 压缩波或剪切波从振源到达测点的时间，应按下列公式进 行斜距校正： T=KTL
岩土工程测试与监测
第5章 波速试验
1
第5章 内
5.1 试验设备和方法 5.2 基本测试原理
容
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。 5.1.2 测试方法
s
VR
s
（5-19） （5-20）
0.87 1.12 1
23
5.4 试验成果的工程应用
根据岩土体中的弹性波波速，可以判定场地土的物理力学
性质和地基承载力，评价场地土的液化可能性，计算场地土的 卓越周期，检测地基处理的效果。
24
思 考 题
1．单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？
波速试验的基本原理
波速试验的基本原理波速试验是一种用来测量材料中的纵波速度和横波速度的非破坏性试验方法。
其基本原理是利用超声波在材料中的传播速度来确定材料的弹性性质。
波速试验是通过将超声波传播到被测材料中并测量其被测功率和时间来测量材料中的声速。
在这个过程中，发射器发出超声波信号，经过材料的传播，然后由接收器接收并记录超声波的波形和时间信息。
波速试验实际上是一种时域方法，它基于超声波在实验装置中的传播时间与被测材料中的声速之间的关系。
根据基本的物理公式v=d/t，其中v是声速，d是超声波在材料中传播的距离，t是超声波传播的时间。
具体而言，在纵波速度测量中，超声波是沿材料的纵向传播的。
通过测量超声波在材料中传播的距离和时间，可以计算出纵波速度v_l。
通常，采用纵波谐振频率模式，即使在多个纵波模式下，可以提供更准确和一致的纵波速度。
在横波速度测量中，超声波是沿材料的横向传播的。
和纵波速度测量类似，通过测量超声波在材料中传播的距离和时间，可以计算出横波速度v_t。
横波速度的确定通常需要更高的频率，因为在材料中横波的传播速度较高，频率较低的超声波会衰减较快。
在进行波速试验时，需要注意以下几点：1.超声波的发射器和接收器需要保持正确的耦合，以确保超声波信号能够有效地传播和接收。
使用耦合剂，例如涂有薄膜的胶水，可以帮助传递超声波信号并减小信号的衰减。
2.测量超声波在材料中传播所需的时间应该尽量准确。
可以使用高精度的计时器或其他精确测量时间的设备来进行测量。
3.要选择适当的频率和模式来传播超声波。
纵波和横波的频率和模式的选择应根据材料的弹性性质来确定，以确保测量结果的准确性。
4.在进行波速试验之前，应先了解被测试材料的基本性质和结构，以便选择适当的测试方法和参数。
总的来说，波速试验是一种通过测量超声波在材料中传播的时间和距离来确定材料中纵波和横波速度的方法。
这种试验方法广泛应用于材料科学、工程和非破坏性测试领域，可以帮助人们了解材料的弹性、结构和性能。
5 波速测试
m 波器，前者的固有频率为4.5Hz，后者为100Hz。
18m 第 l 期检测区
b. 测线的布置及测点编号
-
观测系统示意图
瑞雷波探测的工程实例
——漳州后石电厂地基强夯效果的检测
有效探测深度和工作频段的控制 按 f = VR / R， VR =200 ms-1 考虑
Geophone for time break Source P- and Swaves No.1 No.2 Boreholes Receiver 1 P- and Swaves No.3 Receiver 2
t / ms
-6 -3 0 3 6 9 12 15 18
P
S S
A
P P
B
C
S
-6 -3 Βιβλιοθήκη 3 6 9 12 15 18 横波波速 VS
VS
式中， — 拉梅常数； — 介质密度； — 剪切模量；E — 杨氏模量
岩土体弹性波速的意义
弹性波波速与介质物理参数的关系
E (1 )(1 2 )
E 2(1 )
— 泊松比
将以上表达式代入弹性波速公式得：
VP
E (1 ) (1 )(1 2 )
频散曲线是描述相 度随波动频率变化 速 群速度（group velocity） 度 与 波 动 频 率 的现象 单一频率成分的波 （波长、波数）之 频散特征是指相速 频 散（dispersion） 动传播所对应的波 间关系的曲线 度与波动频率之间 速，称为相速度 各种频率成分的波 关系的其变化 频散曲线（curve of dispersion） 动相干叠加后的宏 频散特征（feature of 观波动传播速度， dispersion) 称为群速度
工程物探波速测试和应用新技术
确定场地设计特征周期
单孔法波速测试 振源
位置：木板或铁板位于井口1m～3m左右处。 尺寸：木板尺寸长2.0m、宽0.3m、厚0.15m左右，或其它类型的振源板。 中心：木板位置的地面要刨平整，木板的长轴向中垂线应对准测试孔中心 配重：木板与地面紧密接触，木板上应配置500kg以上的压重物，
压重物可用砂包等物。
激振锤：18磅及以上的铁锤。
岩土单孔法波速测试的技术要求应符合下列规定： （1）测试孔应垂直； （2）将三分量检波器固定在孔内预定深度处， 并紧贴孔壁；测试横波时，应进行正、反向 激发，同一测点接收探头不得旋转、移位。 （3）可采用地面激振孔中接收或孔内激振 孔中接收的工作方式； （4）应结合土层布置测点，测点的垂直间距 宜取 1m～3m；层位变化处加密；宜自下而上 逐点测试。岩体的声波测井的测点垂直间距 不大于0.2m，但到达接收探头的初至波是沿 孔壁地层的滑行折射波为原则。 （5）用于固结灌浆效果检测时，应有灌浆 前、灌浆后的实测对比曲线。
0.7 2.1 4.1 / 10.0 11.8 18.4 20.0
注：本工程ZK8孔场地覆盖层厚度大于80米。
性状
松散 软可塑 流塑 稍密 中密 稍密 中密 流塑
地层名称 杂填土 粉质粘土 淤泥质粉质 粘土夹粉土
粘质粉土
测试孔(ZK8孔)的波速测试成果
h (m) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
单孔法波速测试
2.1 现场测试要求
1 测试钻孔内径不应小于75mm；每孔测试前应利用 合适直径的重锤进行探孔； 2 单孔法波速测试段应有井液，测试段土层的纵波 波速应高于井液波速，并具有足够厚度；测试孔宜 为裸孔。 3 一发双收探头源检距的选择应以到达接收探头的 初至波是沿孔壁地层的滑行折射波为原则。两个探 头之间间距、测点间距的选择应满足分层和曲线分 辨的要求。 4 一发双收的声波测井，探头下井前应在钢套管中 进行校验。 5 单孔法波速测试应从孔底开始自下而上进行测试；宜针对不同的岩性， 现场采集多组新鲜完整的岩芯、岩块，在室内测试其芯样纵波速度。芯 样加工应符合相关标准要求。 6 进行质量检查时，检查观测点应分布在不同井段，相对误差应小于5.0%。
波速测试
波速测试(wave velocity testing)观测、研究地震波在岩土中的传播速度的工程地震勘探方法。
人工激发的地震波(纵波、横波和面波)在岩土中的传播速度与岩土的形变有直接关系，传播速度的大小，特别是横波速度的大小反映了岩土的状态、结构和物理力学性质。
只要测得岩土的纵波速度v p、横波速度v s和密度ρ值，即可计算岩土的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd、动压缩模量Kd和动泊松比舶μd不少学者还用v p,v s值与岩土的主要物理力学参数建立相关关系，因而，可以通过波速测试间接得到这些参数；或直接用岩土的波速值来评价岩土的物理力学性质和强度，评价地基加固效果。
20世纪80年代末，工程地球物理勘探界利用先进的地震波层析成像技术对岩体进行全面细致的质量评价，圈定地质异常体取得显著效果，为波速层析成像技术开拓了新的前景。
波速测试常用的方法有：地面直达(折射)波法、单孔法、跨孔法和瑞雷波法。
(1)地面直达(折射)波法。
在地面、探槽、坑道等岩土露头上，激发、观测直达(折射)波中的纵、横波在岩土中的传播速度。
观测方法有：剖面法和透视法。
利用传播时间和距离计算岩土体的纵、横波速度。
横波激发和接收是测试结果质量的关键，即：横波激发方向应与横波传播方向垂直，接收横波检波器的最大灵敏度轴与质点振动的方向一致。
直达波法使用的仪器设备有大锤或其他震源、检波器、浅层地震仪(见工程地球物理勘探仪器)。
(2)单孔法。
可以在钻孔附近地面上用叩板法激振，孔内不同深度处用三分量检波器接收纵波和横波；也可以在孔内不同深度处用爆炸或井下剪切波锤激振，在钻孔附近地面用三分量检波器接收纵波和横波。
用传播时间与路程之比计算各层纵波和横波速度。
单孔法使用的仪器设备有井下剪切波锤或其他激振设备、三分量检波器和浅层地震仪。
(3)跨孔法。
用井下剪切波锤或其他激振设备在一孔内激发，用井下三分量检波器在另一孔或多孔内接收纵波和横波。
用孔间距与到达时间之比计算地层的纵波和横波速度。
波速测试
摘要一般来说，波速测试可原位测定压缩波(P波)、剪切波(S波)和瑞雷面波(R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，它能有效地解决许多地质问题。
波速测试技术是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利水电工程、石油工程、铁路工程、冶金工程、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果作为地基土动力特性测试项目之一，自80年代以来广泛用于重大工程、高层建筑等一级建筑及有特殊要求的二级建筑中。
通过波速测试可获得岩土体的弹性波速，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和地震破坏潜势分析等。
文中简述了面波法与单孔法等波速测试方法的工作原理、现场施测技术以及数据处理和资料分析过程。
以工程实例说明了波速测试技术在岩土工程勘察设计中的应用和及其效果。
关键词：弹性波波速测试单孔法跨孔法面波法岩土动力参数第一章绪论波速测试技术是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利水电工程、石油工程、铁路工程、冶金工程、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。
如果回顾一下历史，可以发现随着弹性波理论研究的不断发展，波速测试技术不断得到完善，其领域也在不断拓宽。
1821年,C.-L.-M.-H.纳维建立了弹性体平衡和运动的一般方程，弹性波的研究随之展开。
1829年，S.-D.泊松在研究弹性介质中波的传播问题时,发现在远离波源处有纵波和横波两种类型的波。
到1845年，弹性波传播的数学理论已经发展成熟，G.G.斯托克斯证明纵波是胀缩波，1849年又证明横波是畸变波。
后来学者们对拉压、扭转和弯曲三种类型的无限长弹性杆中弹性波的传播问题进行了研究，并得到了精确解。
瑞利、H.兰姆等人给出了无限平板中的波动方程的解。
兰姆在1904年建立了半无限弹性体表面和内部由于扰动线源和点源的作用而引起的波动问题的理论，并得到了问题的解，故该问题称为兰姆问题。
波速测试原理
波速测试原理
波速测试是一种用来测量介质中波的传播速度的方法。
在物理学和工程领域，
波速测试被广泛应用于声波、电磁波和地震波等各种波的传播速度测量。
它对于研究介质的特性和结构，以及地质勘探、地震监测、声学和无线通信等领域都具有重要意义。
波速测试的原理是基于波的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。
在同一介
质中，波的传播速度与波长和频率有关，而波长和频率又与波速有直接的关系。
因此，通过测量波的传播速度，可以间接地推导出介质的密度和弹性模量等物理特性。
在实际的波速测试中，常用的方法包括超声波测试、地震波测试和电磁波测试等。
这些方法都是通过在介质中产生波，然后测量波的传播时间或传播距离，从而计算出波速。
其中，超声波测试是通过超声波在材料中的传播速度来检测材料的质地和缺陷，地震波测试是通过地震波在地下介质中的传播速度来描绘地下结构，电磁波测试则是通过电磁波在空气或导体中的传播速度来研究材料的电磁特性。
波速测试在工程领域有着广泛的应用。
例如，在地质勘探中，通过地震波测试
可以了解地下岩层的结构和性质，为石油勘探和地质灾害防治提供重要的信息；在声学领域，通过超声波测试可以检测材料的内部缺陷和结构特性，为材料的质量控制和安全评估提供依据；在无线通信领域，通过电磁波测试可以研究天线和电路的传输特性，为通信系统的设计和优化提供支持。
总之，波速测试是一种重要的物理测试方法，它通过测量介质中波的传播速度，可以揭示介质的物理特性和结构，为地质勘探、材料测试和通信系统设计等领域提供了重要的技术手段。
随着科学技术的不断发展，波速测试方法也在不断创新和完善，将为人类的生产生活带来更多的便利和发展机遇。
五、剪切波速试验
)21)(1()1(ννρν-+-=E v P )21)(1(νννλ-+=E )1(2ν+=E M 五、剪切波速试验1. 试验的目的及意义（1）划分场地类型 （2）计算场地基本周期（3）提供地震反应分析所需的地基土动力参数 （4）判别地基土液化可能性 （5）评价地基处理效果2. 试验的适用范围波速测试适用于测定各类岩土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速，可根据任务要求，采用单孔法、跨孔法或面波法。
利用铁球水平撞击木板，使板与地面之间发生运动，产生丰富的剪切波，从而在钻孔内不同高度处分别接收通过土层向下传播的剪切波。
因为这种竖向传播的路径接近于天然地层由基岩竖直向上传播的情况，因此对地层反应分析较为有用。
3. 试验的基本原理弹性波速法以弹性理论为依据，通过对岩土体中弹性波（速度、振幅、频率等）的测量，提出岩土体的动力参数并评价岩土体的工程性质。
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。
当动应力不超过介质的弹性界限时所产生的波称为弹性波。
岩土体在一定条件下可视为弹性体，依据牛顿定律可导出弹性波在无限均质体中的运动方程。
相应的波速为：引入拉梅常数λ、M ，上式简化为)1(2νρ+=E v s ρλMv P 2+=ρMv s =4.试验仪器及制样工具（1）震源剪切波震源，要求具有偏振性，能产生优势SH波，并具有可反复性、重复性好和产生足够能量的震源。
目前，我国常用的有击板法，其他如弹簧激振法和定向爆破法少见，只有在要求测地层很深时才用。
（2）三分量检波器三分量检波器，如图所示，由三个相互垂直的检波器组成。
检波器自振频率一般为10Hz 贺8Hz，频率响应可达几百赫兹。
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的折线段确定。每一波速层的压缩波波速或剪切波波速，应按
下式计算： 2. 跨孔法
v H T
（5-12）
确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下
列规定：
（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；
（2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。
由振源到达每个测点的距离，应按测斜数据进行计算。每
（2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。 由于三分量检波器中有两个水平检波器，可得到两张水平分量
记录，应选最佳接收的记录进行整理。
压缩波或剪切波从振源到达测点的时间，应按下列公式进
行斜距校正：
T=KTL
（5-10）
K HH0 L2(HH0)2
（5-11）
18
时距曲线图的绘制，应以深度H为纵坐标，时间T为横坐标。 波速层的划分，应结合地质情况，按时距曲线上具有不同斜率
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；
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 应力不超过介质的弹性界限时所产生的波称为弹性波。岩土体 在一定条件下可视为弹性体，依据牛顿定律可导出弹性波在无 限均质体中的运动方程。相应的波速为：
13
（4）根据实际情况调整频率变化速率（步长），一般仪器中 都设置了频率自动降低设备，可以任意选择，但步长太小，作业时 间长；步长太大，又会影响观测精度。
14
5.2 基本测试原理
弹性波速法以弹性理论为依据，通过对岩土体中弹性波 （速度、振幅、频率等）的测量，提出岩土体的动力参数并评 价岩土体的工程性质。
15
E(1) vP (1)1(2)
引入拉梅常数、M，
E
vs 2(1)
(1E )1(2)
M E
2(1)
（5-1）和（5-2）可以写为下列简洁的形式：
2M
vP
vs
M
（5-1） （5-2）
（5-3） （5-4）
（5-5） （5-6）
16
如果测试出了岩土体中的弹性波波速，可以由上列公式推出岩
土体的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和动泊桑比 如下：
E dvP 2(11) 1 (2 )
kPa
（5-7）
Gd vs2
kPa
（5-8）
m2 2
2(m2 1)
式中 m——波速比，m=vP/vs。
（5-9）
17
5.3 试验成果的整理分析
1. 单孔法
确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下
列规定：
（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；
11
测试设备由激振系统和拾振系统组成。 激振系统一般多采用电磁式激振器。系统工作时由信号发生器 输出一定频率的电信号，经功率放大器放大后输入电磁激振器线圈， 使其产生一定频率的振动。 拾振系统由检波器、放大器、双线示波仪及计算机四部份组成。 检波器接收振动信号，经放大器放大，由双线示波仪显示并被记录。 整个过程由计算机操作控制。 面波法不需要钻孔，不破坏地表结构物，成本低而效率高，是 一种很有前途的测试方法。 测试工作可按下述方法进行： （1）激振设备宜采用机械式或电磁式激振器； （2）在振源的同一侧放置两台间距为l的竖向传感器，接收 由振源产生的瑞利波信号；
（5-17） （5-18）
21
Vs
VR s
s 0.817 1.12
（5-19） （5-20）
22
5.4 试验成果的工程应用
根据岩土体中的弹性波波速，可以判定场地土的物理力学 性质和地基承载力，评价场地土的液化可能性，计算场地土的 卓越周期，检测地基处理的效果。
23
讨论
1．理解动力触探试验的工作机理。 2．何为有效锤击能量？ 3．动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯适用
个测试深度的压缩波波速及剪切波波速，应按下列公式计算
19
20
3. 面波法
vP
S TP2 TP1
vs
S Ts2 Ts1
S=S2-S1
瑞利波波速应按下式计算：
（5-13） （5-14） （5-15）
VR
2fL
Φ
（5-16）
地基的动剪变模量和动弹性模量，应按下列公式计算：
Gd Vs2
Ed2(1)Vs2
于什么样的地层条件？ 4．用动力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参数和
地基承载力？ 5．动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产生此
种效应？ 6．动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数~深度
5波速测试
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Biblioteka 的整理分析 5.4 试验成果的应用
讨论
2
9
10
3. 面波法 瑞利波是在介质表面传播的波，其能量从介质表面以指数规律 沿深度衰减，大部份在一个波长的厚度内通过，因此在地表测得的 面波波速反映了该深度范围内土的性质，而用不同的测试频率就可 以获得不同深度土层的动参数。 面波法有两类测试方式，一是从频率域特性出发，通过变化激 振频率进行量测称为稳态法；另一种从时间域特性出发，瞬态激发 采集宽频面波，这种方法操作容易，但是资料处理复杂。本章仅介 绍稳态法。 稳态法是利用稳态振源在地表施加一个频率为f的强迫振动， 其能量以地震波的形式向周围扩散，这样在振源的周围将产生一个 随时间变化的正弦波振动。通过设置在地面上的两个检波器A和B 检出输入波的波峰之间的时间差，便可算出瑞利波速度VR。