五、剪切波速试验
剪切波波速测试在地基加固效果评价中的应用
2021年0引言软土作为一种特殊性的岩土体，在天然状态下，具有高含水量、高液塑限、高孔隙比、高灵敏度、高压缩性和低抗剪强度等特点，在受到外荷载作用下，产生侧向挤出、大变形、剪切位移、流塑滑塌等，不能直接作为地基基础，需采取各种加固措施提高其力学和形变特性，如采用高压旋喷桩、三轴搅拌桩、CFG桩等[1-2]。
因此，对软土地基加固效果的评价成为工程建设中重要工作内容[3]。
目前，在我国现行的国家规范中，对软土地基加固前后的效果评价手段主要为原位测试技术方法，如载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、十字板剪切试验和波速试验等[4]。
大量的研究表明[5-8]，波速试验具有测试精度高、大面积测试、测试点密集、费用低、测试高效等优点，在地基加固检测与评价中具有明显优势。
欧阳锋等[9]结合路基沉降实例，采用瑞利面波方法对注浆效果进行检测；戴天等[10]采用瑞利波方法反演剪切波波速对强夯、柱锤冲扩桩、挤密砂桩的加固效果进行比较；岳向红等[11]人通过综合原位测试方法在厦门环东海域填海造地软土加固中的应用，对比了瑞利面波与标准贯入试验和重型动力触探试验的检测效果。
由此可知，目前对波速测试的研究主要集中在瑞利面波的方法上，而对于剪切波速方法的研究较少。
瑞利面波的传播特性表明其只在地表岩土-空气界面中传播，传播深度较浅，其次，采集的瑞利面波数据最终还是要采用反演的方式计算成剪切波波速。
采用剪切波测试技术可以直接对深层加固体的剪切波速度进行测试及避免了由于换算带来的各种精度问题。
1剪切波波速评价地基加固效果的基本原理及方法1.1剪切波波速评价地基加固效果的基本原理在表征土体力学和变形特征的参数中，压缩模量E s是最为重要的参数之一，在工程设计和计算模拟时，是不可或缺的输入参数。
因此，采用剪切波波速评价加固前后土体的力学和形变性能，最终是通过剪切波波速计算为压缩模量E s进行定量分析。
地震波在岩土体中传播时，主要分为两种波：沿着地表与空气界面中传播的面波，沿着地质体内部传播的体波。
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
剪切波速测试报告
剪切波速测试报告1.引言剪切波速是指材料在受到剪切力作用下的传播速度，是材料力学性能的重要指标之一、本次测试旨在通过对不同材料的剪切波速进行测试，以评估其力学性能和实际应用价值。
2.测试方法2.1 试样制备：选取不同材料的实验片，尺寸为100mm×100mm×10mm，要求试样表面光滑平整，以保证测试结果的准确性。
2.2仪器设备：本次测试采用高精度剪切波仪器，能够准确测量材料剪切波的传播时间和距离。
2.3测试步骤：1)将试样放置在剪切波仪器上，调整好位置。
2)启动仪器，设定合适的测试参数。
3)利用仪器发出剪切波信号，测量传播时间和距离。
4)重复以上步骤，以保证测试结果的精确性。
5)记录测试数据并进行分析。
3.测试结果与分析3.1不同材料的剪切波速测试结果如下表所示：材料，剪切波速（m/s）----------，----------------金属材料，3500陶瓷材料，2500橡胶材料，12003.2结果分析：从上表中可以看出，金属材料的剪切波速最高，达到3500m/s，表明金属材料具有很高的强度和刚性；陶瓷材料的剪切波速稍低，在2500m/s 左右，说明陶瓷材料在强度和刚性方面略低于金属材料；而橡胶材料的剪切波速最低，仅为1200m/s，说明橡胶材料具有较低的强度和刚性。
4.结论通过对不同材料的剪切波速进行测试，并对测试结果进行分析金属材料具有较高的剪切波速，表明其具有良好的力学性能和实际应用价值；陶瓷材料在剪切波速方面略低于金属材料，但仍具有一定的强度和刚性；橡胶材料的剪切波速最低，说明其在力学性能方面较差，适用范围相对较窄。
5.建议根据上述结论，可以对各种材料的应用进行适当调整和优化，选择合适的材料来满足不同需求；此外，还可以进一步研究材料的微观结构与剪切波速之间的关系，以提高材料的力学性能和应用效能。
综上所述，剪切波速测试是评估材料力学性能和实际应用价值的重要手段之一、通过对不同材料的剪切波速进行测试，并对测试结果进行分析，可以为材料的选择和应用提供有益的参考和指导。
土层剪切波速度测试报告
**民生产业基地土层剪切波速度测试报告深圳市**有限公司二0一七年十月二十七日**民生产业基地土层剪切波速度测试报告测试：报告编写：审核：批准：深圳市**有限公司二0一七年十月二十七日测试单位地址：深圳市**号邮编：联系电话：联系人：目录1.前言 (1)2.测试目的及执行标准 (1)2.1测试目的 (1)2.2执行标准 (1)3.测试方法及仪器设备 (1)3.1测试方法 (1)3.2仪器设备 (2)4.测试结果 (2)5.地面脉动的卓越周期 (5)1.前言受深圳市**有限公司委托，我公司于2017年09月21日至017年09月29日对**民生产业基地场地进行了3个钻孔的土层剪切波速度测试工作。
波速测试孔附近场地内自上而下主要有如下岩土层：素填土、粉质黏土、全风化混合岩、强风化混合岩、中风化混合岩、微风化混合岩。
2.测试目的及执行标准2.1测试目的本次试验目的是提供地层剪切波波速，判定土的类型及建筑场地类别；提供场地卓越周期。
2.2执行标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）(2009年版) 《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）3.测试方法及仪器设备3.1测试方法本项目剪切波速度测试采用单孔检层法，将起振板置于距井口约1.0～1.5米处，并使其中点与井口的连线垂直于起振板，同时在其上面加压整体性较好的重物。
然后，锤击起振板产生纵波和剪切波(记录时通过调节仪器采样率对纵波和剪切波分开采集),并通过置于井内的三分向拾振器将土的振动历程输入电脑分析，获得各测点纵波和剪切波的到时，并利用下式计算相应剪切波速:Ｖi =(h i -h i-1)/(t i sin αi -t i-1sin αi-1) （1） 22sin i i ii D h h +=α （2）i=1......N其中h i ,t i 分别为第i 测点的深度和剪切波的走时,D 为起振板中点至孔口的垂直距离。
纵波与剪切波速测试(实用知识)
四、各指标经验值范围
场地土的分类
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建筑场地覆盖层厚度的确定
建筑抗震设计规范
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建筑抗震设计规范
四、各指标经验值范围
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；而动弹模量公式前的“2”为常量，不需要改变。 8、钻孔的编号有“ZK”、“ZY”、“ZJ”等等之分，要保持和钻孔柱状图一致。
9、文件名编号统一成“150316荣昌县盘龙镇中心小学和中心幼儿园工程地质勘 察”格式，经常出现有时间无工程名称或有名称无时间现象。文件夹下分别 设“提供资料”、“原始资料”、 “中间资料”、 “成果报告”文件夹，必 要时可增加“照片”文件夹。
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1、单孔法孔内测点布置原则
测点布置示意图
a．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 其对于薄层，更不能将测点设在土层的 中点。 b．若土层厚度小于1m，可以忽略。若 土层厚度超过4m，需增加测点，通常 可以1～2m间隔设置一测点。 c．测点设置需考虑土性特点。如各土 层相对均匀，可以考虑等间隔布置，否 则，只能不等间隔布置。
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2、跨孔法
跨孔法又分为一发一收和一发多收（如声波透射法测桩、CT）
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仪器设备
中心现有设备：24道地震仪、6道面波仪、WSD-2A、PDS-SW 检波器：井中检波器串、面波检波器、三分量检波器、一发双收声波 探头，一发一收声波探头等
五、剪切波速试验
)21)(1()1(ννρν-+-=E v P )21)(1(νννλ-+=E )1(2ν+=EM 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 ρλM v 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。
剪切波速测试原理
剪切波速测试原理
剪切波速测试是一种用于评估场地土工程性质的方法，其原理基于地震波在地下介质中的传播特性。
在剪切波速测试中，通常使用震源产生剪切波（又称S波），这些波会在地下介质中传播，并被布置在地面上的检波器接收。
根据波传播的距离和走时，可以计算出剪切波在地下介质中的传播速度。
这个速度被称为剪切波速，它反映了地下介质对剪切波的阻抗能力，因此与介质的剪切模量、密度等参数密切相关。
剪切波速测试的结果可以用于评价场地土的工程性质，如土层厚度、土层类别、固结特性、动弹性模量、动剪切模量等。
此外，剪切波速测试还可以用于地震小区的划分、场地液化的判断等方面。
在剪切波速测试中，常用的方法有面波法、跨孔法以及单孔法等。
其中，单孔法是一种常用的方法，其原理是在孔中放置三分量检波器，通过激振产生剪切波，并接收波形信号进行分析。
总之，剪切波速测试是一种基于地震波传播特性的评估场地土工程性质的方法，其结果对于工程建设和地震防灾具有重要意义。
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）。
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21)(1()
1(ννρν-+-=
E v P )21)(1(ννν
λ-+=
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 ρ
λM v P 2+=
ρ
M
v 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。
三个检波器相互垂直，同时安装在同一个钢桶内，固定密封好，严防漏水，从中引出导线接至内装钢丝的多芯屏蔽电缆。
这样孔内三分量检波器的垂直向检波器可接收由地表振源传来的P波，两个水平向检波器可以接收地表传来的SH波。
（3）信号采集分析仪
可采用地震仪或者其它多通道信号采集分析仪。
这些仪器只要都具有信号放大、滤波、采集记录、数据处理等功能，信号放大倍数大于2000倍，噪声低，相位一致性好，时间辨精度在一微秒一下，具有四个通道以上，并且具有剪切波速数据处理分析软件，都可以满足测试要求。
5.试验步骤
现场单孔波速测试如图所示，试验套骤如下：
（1）平整场地，使激振板离孔口的水平距离约1m，
上压重物约500kg或用汽车两前轮压在木板上，木板
规格为：长约2〜3m，宽0.3m，厚0.05m。
记时触发
检波器宜埋于板中心位置或在手锤上装置脉冲触发
传感器；
（2）接通电源，在地面检查测试仪正常后，即可进行
试；’
（3）把三分量检波器放入孔内预定测试点的深度，然
后在地面拉开三分量检波仪三角弹簧支架，使其固定
于该深度，并且紧贴土体表面。
（4）用木锤或铁锤水平敲击激振板一端，地表产生剪
切波经地层传播，由孔内的三分量检波器的水平检波
器接收SH波信号，该信号经电缆送入地震仪放大记录。
试验要求地震仪获得三次清晰的记录波形，然后反向敲击木板，以同样获得三次清晰波形时止，SH波测试点试验完成。
接着用重锤敲击放在地表的钢板，由孔内三分量的垂直检波器记录到达的P波，同样要求获得三次清晰的P波波形，存盘无误后，该钻孔深度的测点测试结束。
6.试验数据
7.试验数据处理
压缩波或剪切波从振源到达测点时间的确定，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。
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：
式中T ——压缩波或剪切波从振源到达测点经斜距校正后的时间（s）；
TL——压缩波或剪切波从振源到达测点的实测时间（s）；
K ——斜距校正系数；
H ——测点的深度（m）；
H0——振源与孔口的高差（m）,当振源低于孔口时，H0为负值；
L ——从板中心到测试孔的水平距离（m）。
H-T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：
式中V——波速层的压缩波波速或剪切波波速（m/s）；
△H——波速层的厚度（m）；
△T——压缩波或剪切波传到波速层顶面和底面的时间差（s）。
8.试验成果分析及工程应用
剪切波速土的类型划分和剪切波速范围
注：为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值（kPa）；vs为岩土剪切波速[3]
不同岩土的剪切波速值
注：1、本表系10米以内的值，深度大于10米时，应适当加大
2、根据土层深度、标贯击数、平均粒径、空隙比、液性指数等综合分析选择表中所列的剪切波速值。
3、黏土、粉质黏土、粉土可按内插取值。