波速测试

应该说，激震板越长，剪切波的频率越低；压重 越重，剪切波能量越大。
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。
3．测试步骤 （1）放置检波器。向孔内放置三分量检波器，在预定深 度固定于孔壁上，并紧贴孔壁。
检波器贴壁的效果将直接影响到信号接收效果。按 照检波器贴壁方法的不同，可以将检波器分为充填式、 弹跳式和磁吸式等3种。充填壁式是通过检波器上安装的 气囊充气膨胀后将检波器固定在钻孔中，缺点是测试时 如果不注意充气压力的大小，气囊很容易胀坏，另外也 容易被一些坚硬的物体刺破。弹跳式是通过机械弹力将 检波器贴在孔壁；而磁吸式则是通过磁力将其吸附在孔 壁。
h j h j-1 Vsj
三、仪器设备组成
单孔法测试所需仪器设备一般包括以下两部分： (1)震源：指的是弹性波激发装置。 (2)弹性波接收装置：包括检波器、放大器及记录显示器。
图9－4 震源示意图
1．震源 人工激发是一种最简单的方法，用得也最普遍。
常用的振源激发装置是尺寸为2500mm ×300mm ×50mm 的木板，木板的长度方向中垂线应对准测试孔 中心。孔口与木板的距离宜为1～3m，其上放置400kg 的重物(图9－4)。当用锤水平敲击木板端部时，木板与 地面摩擦而产生水平剪切波。将检波器用扩展装置固 定在孔内的不同深度处以接收剪切波。测试应自下而 上进行。在每一个试验深度上，应重复试验多次。
图9－1 单孔法波速测试示意图
最近在静力触探试验中，有人利用安装在触探探头内 的拾振器观测由地面锤击引起的剪切波的速度。同时得到 锥头阻力、摩擦比和剪切波速度等资料。这种试验称为振 动触探试验(Seismic Cone Penetration Test，简称SCPT)， 装置如图9－2所示。
图7－1 典型的旁压曲线
二、基本原理
1．基本假定
（1）地下介质采用水平层状地层模型；
（2）剪切波速在水平方向为均匀分布，在垂直方向随 深度变化。
2．公式推导
设测点深度为hi，激震点距孔口距离为dx，则：
（1）正演公式
对于第1个测点：
L1

h1
cos1
剪切波达到测点1的走时：
t1

L1 Vs1

1
cos1

h1 Vs1
第
我国目前批量生产的充填式检波器有3种，其技术指
三 标见表9－1。
节
表9－1 充填式检波器的技术指标
试
验
方
法
与
技
术
要
求
（2）布置测点。根据最小测试深度h1，测点间隔dh和测 点个数n，可确定各测点的坐标为：
hi＝h1＋(i-1)dh (i=1，2，3)
（3）激发。一般采用地面激震，距孔口为dx处埋设一 厚木板，用大锤分别锤击木板的两端，产生正、反向的 剪切波。
（9）液化判别（如果15m内的土层有饱和粉土或砂土）
用剪切波波速临界值判别：
砂土：
Vscr k
ds

0.01d
2 s
粉土： Vscr k ds 0.0133ds2
判别准则：若Vsj>Vscr，则可不考虑液化；否则，土层可
能液化。ds为砂土层或粉土层中剪切波测试点深度(m)；
k为计算系数，按下表取值。
（8）计算场地指数
1）刚度指数
G 1 e6.6( G-30 )103 ，当 G >30Mpa
G 0
, 当 G ≤30Mpa
2 ）厚度指数
d e0.8( dov-5 )2103，当dov≤80m
d 0
, 当dov>80m
3）场地指数
0.7G 0.3d ，当 G ≤500Mpa或dov>5m 1，当 G >500Mpa或dov≤5m
3．放大器和记录仪
目前国内波速测试所采用的记录器主要有SC－1型、 SC－16型、SC－18型紫外线感光记录示波器，工作频率 范围为0～270H z。走纸速度可根据波形情况加以调节。
四、试验方法
1．现场布置 在指定测试点打钻孔，垂直度要求与一般的勘探
孔一样。离开孔口1～1.5m布置激震装置。如孔内检 波器没有在孔壁上固定的装置，则需要钻机协助；否 则除非钻孔可能塌孔，在声波测试前可把钻机移走。
（4）接收。采用三分量检波器，在钻孔的不同深度hi处 分别记录正反向剪切波的波形，检查记录波形的完整性 及可判读性。
（5）如发现接收仪记录的波形不完整，或无法判读， 则须重做，直至正常为止。
五、资料整理
1．波形鉴别 仅讲剪切波达到时间的判断方法。 在测试岩土体剪切波速时，波形鉴别的目的是要确
定剪切波到达的正确位置。由于外界干扰以及敲击时在 激板内产生的压缩波向地下折射，实际得到的波形记录 往往是剪切波和压缩波复合在一起的记录，这就给剪切 波的鉴别带来了很大困难。
2）瑞利波：波的质点在包含波传播方向的铅垂平面内振 动，质点的振动轨迹为逆时针方向转动的椭圆，且振 幅随深度呈指数函数衰减，传播速度略小于横波。 勒夫波：质点在水平面内振动，质点运动轨迹与波传 播方向垂直。 在天然地震中，瑞利波是危害性最大的一种地震波， 在人工地震勘探中，瑞利波被视为一种干扰波。所以， 在地震减灾和常规地震勘探中，都设法减小它的危害 和影响。
第9章 波速测试
第一节 概 述 第二节 单孔法 第三节 跨孔法
第一节 概 述
一、基本概念 二、声波测试的适用性 三、声波测试分类 四、声波测试的目的
第
一、基本概念
一 1．声波测试的定义
节
波速测试(Wave Velocity Test)是利用波速确定地基土
的物理力学性质或工程指标的现场测试方法；根据弹性
2．孔内测点布置原则 一般应结合土层的实际情况布置测点，测点在垂直
方向上的间距宜取1～3m，层位变化处加密。具体布置遵 循以下原则：
（1）每一土层都应有测点，每个测点宜设在接近每一土 层的顶部或底部处，尤其对于薄土层，更不能将测点设 在土层的中点。
（2）若土层小于1m，可忽略；若大于4m，须增加测点， 通常可以每间隔1～2m设置一个测点。 （3）测点设置必须考虑土性特点。若土层相对均匀，可 考虑等间隔布置；否则，只能根据土层条件按不等间隔 布置。
压缩波记录的长度取决于测点深度。测点越深，离 开振源越远，压缩波的记录长度就越长。图9－6 b)中 波形是在离孔口5m深处记录所得，其压缩波记录长度 要短得多。如在孔口记录，波形中就不会出现压缩波。 当测点深度大于20m或更深时，由于压缩波能量小，衰 减较快，一般放大器有时候测不到压缩波波形，记录下 来的波形图只有剪切波，这样就更容易鉴别了。
图 9－6 波形图
2．资料整理与应用 （1）参照以上波形鉴别方法，在波形记录上识别压缩波 和剪切波的初至时间。
对于单孔法，确定压缩波的时间应当采用垂直向传感 器记录的时间，确定剪切波的时间应当采用水平向传感器 记录的时间；对于跨孔法，确定压缩波的时间应当采用水 平向传感器记录的时间，确定剪切波的时间应当采用垂直 向传感器记录的时间。
井下剪切波锤是一种常用的机械性振源，可用于各类 土层。这种装置由一个固定的圆筒体和滑动重锤组成。测 试时，把该装置放到钻孔某一深度处，通过地面的液压装 置将4个活塞推出使筒体紧贴井壁，然后向上拉连接在锤 顶部的钢丝绳，使活动重锤向上冲击固定筒体，就会在简 体和孔壁间产生剪切振动，松开钢丝绳，滑动重锤自由下 落冲击固定筒体。同样也会产生剪切振动。由于振源作用 力方向的改变，实际受到的Sv波初至相位差180°，这对 鉴别Sv波的初至是有益的。完成一个测点的测试后，可以 通过地面的液压装置将4个活塞缩回、再放到另一个深度， 继续进行测试。
（2）根据波的传播时间，利用公式确定各土层波速。
Vsi

hi hi1
t i cos i

i1 j1
h j h j-1 Vsj
（3）根据各层Vsj、ρj或γj计算剪切模量Gj（j为土层序 号）：
Gj

j
/
Vs2j

j
gVs2j
g为重力加速度，g＝0.00981km/s2
（4）计算场地土层平均剪切模量（20m内，但不超过土