巖土波速測試試驗原理及技術講義（24頁清晰明了）

1、巖土工程原位測試技術第5章 波速試驗1第5章內(nèi) 容5.1試驗設備和方法5.2基本測試原理5.3試驗成果的整理分析5.4試驗成果的應用 討 論25.1試驗設備和方法5.1.1 試驗設備試驗設備一般包含激振系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)（傳感器）和信號處理系統(tǒng)。測試方法不同，使用的儀器設備也各不相同。5.1.2 測試方法由于土中的縱波速度受到含水量的影響，不能真實地反映土的動力特性，故通常測試土中的剪切波速，測試的方法有單孔法（檢層法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。31. 單孔法單孔法是在一個鉆孔中分土層進行檢測，故又稱檢層法，因為只需一個鉆孔，方法簡便，在實測中用得較多，但精度低于跨孔法。單孔法的現(xiàn)場測

2、試情況如圖5-1所示。4對準備工作的要求：（1）鉆孔時應注意保持井孔垂直，并宜用泥漿護壁或下套管，套管壁與孔壁應緊密接觸；（2）當剪切波振源采用錘擊上壓重物的木板時，木板的長向中垂線應對準測試孔中心，孔口與木板的距離宜為13m；板上所壓重物宜大于400kg；木板與地面應緊密接觸；（3）當壓縮波振源采用錘擊金屬板時，金屬板距孔口的距離宜為13m；（4）應檢查三分量檢波器各道的一致性和絕緣性。測試工作要求：（1）測試時，應根據(jù)工程情況及地質(zhì)分層，每隔13m布置一個測點，并宜自下而上按預定深度進行測試；（2）剪切波測試時，傳感器應設置在測試孔內(nèi)預定深度處并予以固定；沿木板縱軸方向分別打擊其兩端，可記

3、錄極性相反的兩組剪切波波形；5（3）壓縮波測試時，可錘擊金屬板，當激振能量不足時，可采用落錘或爆炸產(chǎn)生壓縮波。測試工作結束后，應選擇部分測點作重復觀測，其數(shù)量不應少于測點總數(shù)的10%。2. 跨孔法跨孔法有雙孔和三孔等距方法，以三孔等距法用得較多?？缈追y試精度高，可以達到較深的測試深度，因而應用也比較普遍，但該法成本高，操作也比較復雜。三孔法是在測試場地上鉆三個具有一定間隔的測試孔，選擇其中的一個孔為振源孔，另外兩個相鄰的鉆孔內(nèi)放置接收檢波器，如圖5-2。67跨孔法的測試場地宜平坦，測試孔宜布置在一條直線上。測試孔的間距在土層中宜取25m，在巖層中宜取815m；測試時，應根據(jù)工程情況及地質(zhì)分層

4、，沿深度方向每隔12m布置一個測點。鉆孔時應注意保持井孔垂直，并宜用泥漿護壁或下套管，套管壁與孔壁應緊密接觸。測試時，振源與接收孔內(nèi)的傳感器應設置在同一水平面?，F(xiàn)場測試方法：（1）當振源采用剪切波錘時，宜采用一次成孔法；（2）當振源采用標準貫入試驗裝置時，宜采用分段測試法。當測試深度大于15m時，必須對所有測試孔進行傾斜度及傾斜方位的測試；測點間距不應大于1m。當采用一次成孔法測試時，測試工作結束后，應選擇部分測點作重復觀測，其數(shù)量不應少于測點總數(shù)的10%；也可采用振源孔和接收孔互換的方法進行復測。89103. 面波法瑞利波是在介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，其能量從介質(zhì)表面以指數(shù)規(guī)律沿深度衰減，大部份在一

5、個波長的厚度內(nèi)通過，因此在地表測得的面波波速反映了該深度范圍內(nèi)土的性質(zhì)，而用不同的測試頻率就可以獲得不同深度土層的動參數(shù)。面波法有兩類測試方式，一是從頻率域特性出發(fā)，通過變化激振頻率進行量測稱為穩(wěn)態(tài)法；另一種從時間域特性出發(fā)，瞬態(tài)激發(fā)采集寬頻面波，這種方法操作容易，但是資料處理復雜。本章僅介紹穩(wěn)態(tài)法。 穩(wěn)態(tài)法是利用穩(wěn)態(tài)振源在地表施加一個頻率為f的強迫振動，其能量以地震波的形式向周圍擴散，這樣在振源的周圍將產(chǎn)生一個隨時間變化的正弦波振動。通過設置在地面上的兩個檢波器A和B檢出輸入波的波峰之間的時間差，便可算出瑞利波速度VR。 11測試設備由激振系統(tǒng)和拾振系統(tǒng)組成。激振系統(tǒng)一般多采用電磁式激振器。

6、系統(tǒng)工作時由信號發(fā)生器輸出一定頻率的電信號，經(jīng)功率放大器放大后輸入電磁激振器線圈，使其產(chǎn)生一定頻率的振動。拾振系統(tǒng)由檢波器、放大器、雙線示波儀及計算機四部份組成。檢波器接收振動信號，經(jīng)放大器放大，由雙線示波儀顯示并被記錄。整個過程由計算機操作控制。面波法不需要鉆孔，不破壞地表結構物，成本低而效率高，是一種很有前途的測試方法。測試工作可按下述方法進行：（1）激振設備宜采用機械式或電磁式激振器；（2）在振源的同一側放置兩臺間距為l的豎向傳感器，接收由振源產(chǎn)生的瑞利波信號；12（3）改變激振頻率，測試不同深度處土層的瑞利波波速；（4）電磁式激振設備可采用單一正弦波信號或合成正弦波信號。因為瑞利波在半

7、無限空間中是在一個波長范圍內(nèi)傳播的。低頻激振時，波長變長，可測出深層瑞利波速度。由低向高逐漸改變激振頻率，波長由長變短，探測深度由深變淺，從而得出不同深度的彈性常數(shù)。測試過程中要注意如下幾點：（1）A、B檢波器的距離一定要小于1個波長的距離。這是因為，如果設置的距離過大，就可能會出現(xiàn)相位差的誤判。但檢波器間的間距又不應太小，否則會影響相位差的計算精度；（2）為提高確定相位差的精度，應盡量選取小的采樣間隔；（3）為保證波峰的可靠對比和壓制干擾波，需要時可將正弦激振波加以調(diào)制；13（4）根據(jù)實際情況調(diào)整頻率變化速率（步長），一般儀器中都設置了頻率自動降低設備，可以任意選擇，但步長太小，作業(yè)時間長；

8、步長太大，又會影響觀測精度。 145.2基本測試原理彈性波速法以彈性理論為依據(jù)，通過對巖土體中彈性波（速度、振幅、頻率等）的測量，提出巖土體的動力參數(shù)并評價巖土體的工程性質(zhì)。一般而言，介質(zhì)的質(zhì)量密度越高、結構越均勻、彈性模量越大，則彈性波在該介質(zhì)中的傳播速度也越高，同時我們又知道該介質(zhì)的力學特性也越好。故彈性波的傳播速度在通常的情況下能反映材料的力學和工程性質(zhì)。根據(jù)彈性理論，當介質(zhì)受到動荷載的作用時將引起介質(zhì)的動應變，并以縱波、橫波和面波等形式從振源向外傳播。當動應力不超過介質(zhì)的彈性界限時所產(chǎn)生的波稱為彈性波。巖土體在一定條件下可視為彈性體，依據(jù)牛頓定律可導出彈性波在無限均質(zhì)體中的運動方程。相

9、應的波速為：15（5-1） （5-2）引入拉梅常數(shù)、M， （5-3） （5-4）（5-1）和（5-2）可以寫為下列簡潔的形式：（5-5）（5-6）16如果測試出了巖土體中的彈性波波速，可以由上列公式推出巖土體的動彈性模量Ed、動剪切模量Gd和動泊桑比 如下： kPa （5-7） kPa （5-8） （5-9）式中 m波速比，m=vP/vs。175.3試驗成果的整理分析1. 單孔法確定壓縮波或剪切波從振源到達測點的時間時，應符合下列規(guī)定：（1）確定壓縮波的時間，應采用豎向傳感器記錄的波形；（2）確定剪切波的時間，應采用水平傳感器記錄的波形。由于三分量檢波器中有兩個水平檢波器，可得到兩張水平分量記

10、錄，應選最佳接收的記錄進行整理。壓縮波或剪切波從振源到達測點的時間，應按下列公式進行斜距校正：T=KTL （5-10） （5-11）18時距曲線圖的繪制，應以深度H為縱坐標，時間T為橫坐標。波速層的劃分，應結合地質(zhì)情況，按時距曲線上具有不同斜率的折線段確定。每一波速層的壓縮波波速或剪切波波速，應按下式計算：（5-12） 2. 跨孔法確定壓縮波或剪切波從振源到達測點的時間時，應符合下列規(guī)定：（1）確定壓縮波的時間，應采用豎向傳感器記錄的波形；（2）確定剪切波的時間，應采用水平傳感器記錄的波形。由振源到達每個測點的距離，應按測斜數(shù)據(jù)進行計算。每個測試深度的壓縮波波速及剪切波波速，應按下列公式計算 1920（5-13） （5-14）S=S2-S1 （5-15）3. 面波法瑞利波波速應按下式計算：（5-16）地基的動剪變模量和動彈性模量，應按下列公式計算： （5-17） （5-18） 21（5-19）（5-20） 225.4試驗成果的工程應用根據(jù)巖土體中的彈性波波速，可以判定場地土的物理力學性質(zhì)和地基承載力，評價場地土的液化可能性，計算場地土的卓越周期，檢測地基處理的效果。23討 論 1理解動力觸探試驗的工作機理。2何為有效錘擊能量？3動力