《面波測試方案》word版

1、基于動測儀的面波測試方案1測試原理簡介均勻介質(zhì)或分層介質(zhì)在點或面振源作用下，表面波場包含P、SV波及瑞利波，由于在表面P、SV波衰減快于瑞利波，當距振源一定距離表面波場以瑞利波為主。在大多數(shù)情況下，瑞利波能量集中在一個波長深度范圍內(nèi)，頻率越低，波長越大，影響深度越深。在剖面參數(shù)（剪切波速、密度、泊松比）不同分層狀態(tài)下，隨著波長的增加，瑞利波穿越的層數(shù)也增加，瑞利波傳播速度發(fā)生變化，瑞利波傳播出現(xiàn)頻散現(xiàn)象，即瑞利波傳播速度隨頻率（或波長）的變化，如圖1所示，頻散曲線的變化與分層參數(shù)、分層厚度等有關，通過對頻散曲線的反分析可以得到場地分層剪切波速。 圖1瑞利波波長與穿透深度及傳播速度間關系 不同的

2、分析方法，對測試要求也不同，目前分析方法主要有fk分析及互相關分析（SASW）。2、基于互譜分析測試方法互譜分析，顧名思義就是對兩道信號作互相關分析，只要有兩道信號就可以得到面波的相速度隨波長或頻率的變化。目前，動測儀，如RSM、FD系列，一般最多可采集四道。這樣，在互譜分析用動測儀作為采樣設備是可行的。當采用兩個測點時，如圖2所示，測點可按共中心方式布點，即（1）測點距、振源與最近測點距相等；（2）按測點中心線位置不變，不斷增加測點距；（3）通過正反敲擊來消除分層傾斜及傳感器不一致性的影響。如圖3所示。圖2 兩測點布置 圖3 共中心測點布置兩點實測信號、互譜分析及得到的相速度隨波長或頻率變化

3、，見圖4，相速度表示面波在兩測點間平均相速度。 (a) (b) (c)圖4 兩測點信號 (a)、互譜分析 (b)及 相速度隨波長變化 (c) 當采用三個測點，如圖5所示，通過對三條信號組合分析，即CH1+CH2、CH1+CH3、CH2+CH3組合，可以得到三條剖面的相速度。見圖6。 圖5 三測點布置 (a) (b) 圖5 三測點信號 (a) 及由信號3種不同組合得到的相速度隨波長變化 (b) 當采用四個測點，如圖6所示，通過對四條信號組合分析，即CH1+CH2、CH1+CH3、CH1+CH4、CH2+CH3、CH2+CH4、CH3+CH4組合，可以得到六條剖面的相速度。當?shù)乳g距布點，CH1+C

4、H4與CH2+CH3對應的剖面重合，兩者平均、光滑得到一條相速度曲線，見圖7。圖6 四測點布置 圖7 四測點信號 (a) 及由信號5種不同組合得到的相速度隨波長變化 (b) 當?shù)玫脚c多個剖面的相速度速度后，就可以構(gòu)筑相速度色譜圖，如圖8所示。 圖8 由不同剖面的相速度隨波長變化曲線得到相速度色譜圖3、互譜分析優(yōu)缺點分析互譜分析只要兩道信號就可以分析，因而，對測試儀器要求不高，一般只要有兩個通道的儀器就可以使用，這樣目前用于基樁測試、剪切波速測試、振動測試的儀器均可用于面波測試；由于互譜分析是計算面波在兩測點的相位差，這對測量傳感器的相頻特性一致性要求較高，測量之前，將傳感器同時放置在一個位置，

5、根據(jù)采集的信號判斷傳感器的相頻特性一致性；互譜分析僅利用相位差來計算相速度，沒有利用面波能量幅值，干擾信號對相位差計算影響較大，互譜分析得到的曲線沒有分析光滑，不同道距、不同次結(jié)果可能相差較大，一致性較差；測點間距越大，面波在兩測點間相位差越大，這越有利于消除噪音干擾，一般測點距D2m,有利于結(jié)果分析；采樣時間建議?。?00）D（us），以保證在頻率域有較高分辨率。4、fk分析方法對一定數(shù)量的測試響應信號作fk分析 (1)這里N1為間隔為的時間觀察點數(shù)，N2為空間間隔為的觀察點數(shù)，n1=0，N1-1，n2=0，N2-1。由于在fk域是利用能量譜的極值來分析，為了消除幾何衰減對能量分布的影響，在

6、譜分析上乘來校正因幾何衰減導致能量損耗。得到頻率波數(shù)域功率譜分布，由譜極值波數(shù)頻率的變化，利用關系得到頻率相速度或波長相速度曲線，見圖9 圖9 波數(shù)頻率域譜能量及頻散數(shù)據(jù)fk分析一般要求振源、一定數(shù)量測點布置在一條測線上，測點按等間距布置，探測深度越大，要求測點間最大的空間距離也越大（最大的波長不會超過最大的布點距離，即距振源最近點與距振源最遠點距離）。 地震儀或面波儀一般有12個以上的采樣通道，可用于基于fk分析的面波測試。但當測試儀器紀錄通道有限時（如基樁動測儀）?？刹扇∫韵聝煞N方法對信號進行堆疊：保持振源位置不動，依次等間距移動測點，如圖10所示，傳感器使用的傳感器使用數(shù)量視測量儀器而定

7、，使用的通道越多，得到一定數(shù)量的響應排列所需的測量次數(shù)越少，比如，要得到12道響應排列，若采用4道采集，則試驗要重復3次，然后對每次測試信號進行堆疊，見圖11，而當采用2道采集，則試驗要重復6次，依次類推。 采用該方法，要求振源是可重復的，即振源產(chǎn)生的脈沖信號，不僅頻率成份相同，而且幅值也相同；圖10 振源不動，移動測點信號堆疊 圖11 測試信號堆疊保持測點位置不變，移動振源位置，振源距最遠測點距離，這里分別是測點布置數(shù)量及移動振源的次數(shù)。見圖12。振源移動圖12 測點不動，振源移動5、fk分析優(yōu)缺點fk分析事實上就是分析不同能量團傳播的速度，該分析利用了振幅，因而，可有效消除噪音的干擾，得到

8、的數(shù)據(jù)一致性要高于互譜分析，見圖13；fk分析利用幅值分析，要求測試的傳感器幅頻特性有較好的一致性。 主要能量傳播趨勢圖13波數(shù)頻率域譜能量及頻散數(shù)據(jù)6、面波測試有關事項（1）傳感器：在巖土工程測試中，一般采用速度型傳感器，如圖14a所示，這種類型的傳感器結(jié)構(gòu)如圖14b，它是由導電彈簧線圈、質(zhì)量塊、磁鐵、分流電阻組成，幅頻及相頻特性如圖15所示，在共振頻率附近在共振頻率附近振動幅值最大，隨著頻率的增加，曲線趨于平坦，即，不同頻率信號單位質(zhì)點速度的輸出電壓相同，在測量過程中，盡量讓測量的信號頻率成分處于平坦段。圖16是CDJ-J2.5Hz 傳感器幅頻特性，共振頻率越低，可使用的平坦段頻率范圍越寬

9、。共振頻率低，相應的質(zhì)量塊的質(zhì)量要越大，傳感器越靈敏，使用結(jié)束后，應將輸出短路，以避免傳感器線圈燒壞。傳感器與地面應有較好的耦合。當對高速公路水泥路面進行面波測試時，由于信號的頻率較高，要求傳感器有較高的頻率響應，在此情況下，要采用加速度計。 圖14 速度型傳感器 (a) 及其結(jié)構(gòu) (b) 圖15 速度型傳感器幅頻及相頻特性 圖16 CDJ-J2.5Hz傳感器幅頻特性 （2）錘擊設備，錘擊可采用手錘，落錘、落重以及小型爆炸的方法，見圖17，具體視勘探深度而定，一般可使用10kg100kg 的落錘，若測量深度為30m以內(nèi)，30kg落錘一般可以滿足要求，落錘下面可采用，金屬墊塊、木質(zhì)墊塊等。 (a

10、) (b)圖17 手錘 (a) 及落重(b) 采樣設置：采樣長度、采樣時間間隔、濾波設置、觸發(fā)通道設置。采樣長度是影響頻率分辨率的一個重要因素，可以設置長度為1K、2K、4K、8K等，一般取1K；采樣時間間隔也影響頻率分辨率的一個重要因素，一般建議?。?00）D(us/w);為了避免頻率混淆，濾波設置頻率應小于，為采樣時間間隔；觸發(fā)通道設置可以視分析方法而定，當采用互譜分析（SASW），可以用離振源最近的采樣通道作為觸發(fā)通道，而對fk分析，為了使每次測試獲取盡可能多的響應信號及響應相對振源激振時刻的延時，一般可采用短路觸發(fā)、外觸發(fā)，只有在測量儀器不具備短路觸發(fā)、外觸發(fā)情況下，才采用通道觸發(fā)。短路觸發(fā)，顧名思義就是利用短路來觸發(fā)，將電纜線的內(nèi)芯線與外芯線分別與落錘（或手錘）、金屬墊塊相連，然后將電纜線的連接至外觸發(fā)通道（對RSM、FD等動測儀一般有標識為“EXT”），落錘后，形成短路，儀器開始記錄信號；外觸發(fā)就是在落錘旁邊放置一觸發(fā)傳感器，要