巖土波速測試試驗原理及技術(shù)講義（24清晰明了）

巖土工程程原位測測試技術(shù)術(shù)第5章波波速試試驗1第5章內(nèi)容容5.1試驗設(shè)備備和方法法5.2基本測試試原理5.3試驗成果果的整理理分析5.4試驗成果果的應(yīng)用用討論論25.1試試驗設(shè)設(shè)備和方方法5.1.1試驗設(shè)備備試驗設(shè)備備一般包包含激振振系統(tǒng)、、信號接接收系統(tǒng)統(tǒng)（傳感感器）和和信號處處理系統(tǒng)統(tǒng)。測試方法法不同，，使用的的儀器設(shè)設(shè)備也各各不相同同。5.1.2測試方法法由于土中中的縱波波速度受受到含水水量的影影響，不不能真實實地反映映土的動動力特性性，故通通常測試試土中的的剪切波波速，測測試的方方法有單單孔法（（檢層法法）、跨跨孔法以以及面波波法（瑞瑞利波法法）等。。31.單孔法單孔法是在在一個鉆孔孔中分土層層進行檢測測，故又稱稱檢層法，，因為只需需一個鉆孔孔，方法簡簡便，在實實測中用得得較多，但但精度低于于跨孔法。。單孔法的的現(xiàn)場測試試情況如圖圖5-1所示。4對準(zhǔn)備工作作的要求：：（1）鉆孔時應(yīng)應(yīng)注意保持持井孔垂直直，并宜用用泥漿護壁壁或下套管管，套管壁壁與孔壁應(yīng)應(yīng)緊密接觸觸；（2）當(dāng)剪切波波振源采用用錘擊上壓壓重物的木木板時，木木板的長向向中垂線應(yīng)應(yīng)對準(zhǔn)測試試孔中心，，孔口與木木板的距離離宜為1~3m；板上所壓重重物宜大于于400kg；木板與地面面應(yīng)緊密接接觸；（3）當(dāng)壓縮波波振源采用用錘擊金屬屬板時，金金屬板距孔孔口的距離離宜為1~3m；（4）應(yīng)檢查三分分量檢波器器各道的一一致性和絕絕緣性。測試工作要要求：（1）測試時，，應(yīng)根據(jù)工工程情況及及地質(zhì)分層層，每隔1~3m布置一個測測點，并宜宜自下而上上按預(yù)定深深度進行測測試；（2）剪切波測測試時，傳傳感器應(yīng)設(shè)設(shè)置在測試試孔內(nèi)預(yù)定定深度處并并予以固定定；沿木板板縱軸方向向分別打擊擊其兩端，，可記錄極極性相反的的兩組剪切切波波形；；5（3）壓縮波測測試時，可可錘擊金屬屬板，當(dāng)激激振能量不不足時，可可采用落錘錘或爆炸產(chǎn)產(chǎn)生壓縮波波。測試工作結(jié)結(jié)束后，應(yīng)應(yīng)選擇部分分測點作重重復(fù)觀測，，其數(shù)量不不應(yīng)少于測測點總數(shù)的的10%。2.跨孔法跨孔法有雙雙孔和三孔孔等距方法法，以三孔孔等距法用用得較多。。跨孔法測測試精度高高，可以達達到較深的的測試深度度，因而應(yīng)應(yīng)用也比較較普遍，但但該法成本本高，操作作也比較復(fù)復(fù)雜。三孔孔法是在測測試場地上上鉆三個具具有一定間間隔的測試試孔，選擇擇其中的一一個孔為振振源孔，另另外兩個相相鄰的鉆孔孔內(nèi)放置接接收檢波器器，如圖5-2。67跨孔法的測測試場地宜宜平坦，測測試孔宜布布置在一條條直線上。。測試孔的的間距在土土層中宜取取2~5m，在巖層中宜宜取8~15m；測試時，應(yīng)應(yīng)根據(jù)工程程情況及地地質(zhì)分層，，沿深度方方向每隔1~2m布置一個測測點。鉆孔時應(yīng)注注意保持井井孔垂直，，并宜用泥泥漿護壁或或下套管，，套管壁與與孔壁應(yīng)緊緊密接觸。。測試時，，振源與接接收孔內(nèi)的的傳感器應(yīng)應(yīng)設(shè)置在同同一水平面面?，F(xiàn)場測試方方法：（1）當(dāng)振源采采用剪切波波錘時，宜宜采用一次次成孔法；；（2）當(dāng)振源采采用標(biāo)準(zhǔn)貫貫入試驗裝裝置時，宜宜采用分段段測試法。。當(dāng)測試深度度大于15m時，必須對對所有測試試孔進行傾傾斜度及傾傾斜方位的的測試；測測點間距不不應(yīng)大于1m。當(dāng)采用一次次成孔法測測試時，測測試工作結(jié)結(jié)束后，應(yīng)應(yīng)選擇部分分測點作重重復(fù)觀測，，其數(shù)量不不應(yīng)少于測測點總數(shù)的的10%；也可采用用振源孔和和接收孔互互換的方法法進行復(fù)測測。89103.面波法瑞利波是在在介質(zhì)表面面?zhèn)鞑サ牟ú?，其能量量從介質(zhì)表表面以指數(shù)數(shù)規(guī)律沿深深度衰減，，大部份在在一個波長長的厚度內(nèi)內(nèi)通過，因因此在地表表測得的面面波波速反反映了該深深度范圍內(nèi)內(nèi)土的性質(zhì)質(zhì)，而用不不同的測試試頻率就可可以獲得不不同深度土土層的動參參數(shù)。面波法有兩兩類測試方方式，一是是從頻率域域特性出發(fā)發(fā)，通過變變化激振頻頻率進行量量測稱為穩(wěn)穩(wěn)態(tài)法；另另一種從時時間域特性性出發(fā)，瞬瞬態(tài)激發(fā)采采集寬頻面面波，這種種方法操作作容易，但但是資料處處理復(fù)雜。。本章僅介介紹穩(wěn)態(tài)法法。穩(wěn)態(tài)法是利利用穩(wěn)態(tài)振振源在地表表施加一個個頻率為f的強迫振動動，其能量量以地震波波的形式向向周圍擴散散，這樣在在振源的周周圍將產(chǎn)生生一個隨時時間變化的的正弦波振振動。通過過設(shè)置在地地面上的兩兩個檢波器器A和B檢出輸入波波的波峰之之間的時間間差，便可可算出瑞利利波速度VR。11測試設(shè)備由由激振系統(tǒng)統(tǒng)和拾振系系統(tǒng)組成。。激振系統(tǒng)一一般多采用用電磁式激激振器。系系統(tǒng)工作時時由信號發(fā)發(fā)生器輸出出一定頻率率的電信號號，經(jīng)功率率放大器放放大后輸入入電磁激振振器線圈，，使其產(chǎn)生生一定頻率率的振動。。拾振系統(tǒng)由由檢波器、、放大器、、雙線示波波儀及計算算機四部份份組成。檢檢波器接收收振動信號號，經(jīng)放大大器放大，，由雙線示示波儀顯示示并被記錄錄。整個過過程由計算算機操作控控制。面波法不需需要鉆孔，，不破壞地地表結(jié)構(gòu)物物，成本低低而效率高高，是一種種很有前途途的測試方方法。測試工作可可按下述方方法進行：：（1）激振設(shè)備備宜采用機機械式或電電磁式激振振器；（2）在振源的的同一側(cè)放放置兩臺間間距為l的豎向傳感感器，接收收由振源產(chǎn)產(chǎn)生的瑞利利波信號；；12（3）改變激振振頻率，測測試不同深深度處土層層的瑞利波波波速；（4）電磁式激激振設(shè)備可可采用單一一正弦波信信號或合成成正弦波信信號。因為瑞利波波在半無限限空間中是是在一個波波長范圍內(nèi)內(nèi)傳播的。。低頻激振振時，波長長變長，可可測出深層層瑞利波速速度。由低低向高逐漸漸改變激振振頻率，波波長由長變變短，探測測深度由深深變淺，從從而得出不不同深度的的彈性常數(shù)數(shù)。測試過程中中要注意如如下幾點：：（1）A、B檢波器的距距離一定要要小于1個波長的距距離。這是是因為，如如果設(shè)置的的距離過大大，就可能能會出現(xiàn)相相位差的誤誤判。但檢檢波器間的的間距又不不應(yīng)太小，，否則會影影響相位差差的計算精精度；（2）為提高確確定相位差差的精度，，應(yīng)盡量選選取小的采采樣間隔；；（3）為保證波波峰的可靠靠對比和壓壓制干擾波波，需要時時可將正弦弦激振波加加以調(diào)制；；13（4）根據(jù)實際際情況調(diào)整整頻率變化化速率（步步長），一一般儀器中中都設(shè)置了了頻率自動動降低設(shè)備備，可以任任意選擇，，但步長太太小，作業(yè)業(yè)時間長；；步長太大大，又會影影響觀測精精度。145.2基本測試原原理彈性波速法法以彈性理理論為依據(jù)據(jù)，通過對對巖土體中中彈性波（（速度、振振幅、頻率率等）的測測量，提出出巖土體的的動力參數(shù)數(shù)并評價巖巖土體的工工程性質(zhì)。。一般般而而言言，，介介質(zhì)質(zhì)的的質(zhì)質(zhì)量量密密度度越越高高、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)越越均均勻勻、、彈彈性性模模量量越越大大，，則則彈彈性性波波在在該該介介質(zhì)質(zhì)中中的的傳傳播播速速度度也也越越高高，，同同時時我我們們又又知知道道該該介介質(zhì)質(zhì)的的力力學(xué)學(xué)特特性性也也越越好好。。故故彈彈性性波波的的傳傳播播速速度度在在通通常常的的情情況況下下能能反反映映材材料料的的力力學(xué)學(xué)和和工工程程性性質(zhì)質(zhì)。。根據(jù)據(jù)彈彈性性理理論論，，當(dāng)當(dāng)介介質(zhì)質(zhì)受受到到動動荷荷載載的的作作用用時時將將引引起起介介質(zhì)質(zhì)的的動動應(yīng)應(yīng)變變，，并并以以縱縱波波、、橫橫波波和和面面波波等等形形式式從從振振源源向向外外傳傳播播。。當(dāng)當(dāng)動動應(yīng)應(yīng)力力不不超超過過介介質(zhì)質(zhì)的的彈彈性性界界限限時時所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的波波稱稱為為彈彈性性波波。。巖巖土土體體在在一一定定條條件件下下可可視視為為彈彈性性體體，，依依據(jù)據(jù)牛牛頓頓定定律律可可導(dǎo)導(dǎo)出出彈彈性性波波在在無無限限均均質(zhì)質(zhì)體體中中的的運運動動方方程程。。相相應(yīng)應(yīng)的的波波速速為為：：15（5-1）（5-2）引入入拉拉梅梅常常數(shù)數(shù)、M，（5-3）（5-4）（5-1）和（（5-2）可可以以寫寫為為下下列列簡簡潔潔的的形形式式：：（5-5）（5-6）16如果果測測試試出出了了巖巖土土體體中中的的彈彈性性波波波波速速，，可可以以由由上上列列公公式式推推出出巖巖土土體體的的動動彈彈性性模模量量Ed、動剪剪切切模模量量Gd和動動泊泊桑桑比比如下下：：kPa（5-7）kPa（5-8）（5-9）式中中m———波速速比比，，m=vP/vs。175.3試驗驗成成果果的的整整理理分分析析1.單孔孔法法確定定壓壓縮縮波波或或剪剪切切波波從從振振源源到到達達測測點點的的時時間間時時，，應(yīng)應(yīng)符符合合下下列列規(guī)規(guī)定定：：（1）確定壓縮波波的時間，應(yīng)應(yīng)采用豎向傳傳感器記錄的的波形；（2）確定剪切波波的時間，應(yīng)應(yīng)采用水平傳傳感器記錄的的波形。由于于三分量檢波波器中有兩個個水平檢波器器，可得到兩兩張水平分量量記錄，應(yīng)選選最佳接收的的記錄進行整整理。壓縮波或剪切切波從振源到到達測點的時時間，應(yīng)按下下列公式進行行斜距校正：：T=KTL（5-10）（5-11）18時距曲線圖的的繪制，應(yīng)以以深度H為縱坐標(biāo)，時時間T為橫坐標(biāo)。波波速層的劃分分，應(yīng)結(jié)合地地質(zhì)情況，按按時距曲線上上具有不同斜斜率的折線段段確定。每一一波速層的壓壓縮波波速或或剪切波波速速，應(yīng)按下式式計算：（5-12）2.跨孔法確定壓縮波或或剪切波從振振源到達測點點的時間時，，應(yīng)符合下列列規(guī)定：（1）確定壓縮波波的時間，應(yīng)應(yīng)采用豎向傳傳感器記錄的的波形；（2）確定剪切波波的時間，應(yīng)應(yīng)采用水平傳傳感器記錄的的波形。由振源到達每每個測點的距距離，應(yīng)按測測斜數(shù)據(jù)進行行計算。每個個測試深度的的壓縮波波速速及剪切波波波速，應(yīng)按下下列公式計算算