(高清版)GBT 33521.32-2021 機械振動　軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動　第32部分：大地的動態(tài)性能測量

ICS17.160GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015機械振動軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動第32部分：大地的動態(tài)性能測量railsystems—Part32:Measurementofdynamicpropertiesoftheground(ISO/TS14837-32:2015,IDT)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015 Ⅲ 1 1 14地面誘導結構噪聲和地傳振動的傳播 3 34.2地面誘導結構噪聲與地傳振動——頻率影響 3 3 35.2基波傳播參數(shù) 45.3材料損耗和非線性 75.4大地的幾何效應、分層和橫向變異性 5.5近場效應 5.6各向異性 5.7地下水的影響——兩相介質(zhì)的巖土材料 6參數(shù)估算和測量方法 6.1大地分層和分類：鉆孔柱狀圖和地震勘測 6.2土與巖石 6.3基于指標參數(shù)的經(jīng)驗估算方法 6.3.1概述 6.3.2有效(體積)質(zhì)量密度 6.3.3波速和彈性剪切模量 6.4基于巖土原位貫入試驗的間接測定 6.4.1概述 6.5大地動態(tài)參數(shù)的直接原位測量 6.5.1概述 20 236.5.3下孔(和上孔)測量——地震CPT(S-CPT) 26 29 6.5.6其他原位方法 6.6大地動態(tài)參數(shù)的實驗室測量 ⅡGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20156.6.1概述 6.6.2壓電測量 6.6.3共振柱測試 7大地參數(shù)確定策略 7.1概述 7.2地傳振動和地面誘導結構噪聲的嚴酷度 7.3可用信息的參數(shù)估算 7.4原位測量與實驗室測量總結 7.5直接測量振動和噪聲傳播作為測量大地動態(tài)性能和使用計算模型的替代方法 附錄A(資料性附錄)本部分中使用的縮寫 ⅢGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015GB/T33521《機械振動軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動》已經(jīng)或計劃發(fā)布以下——第1部分：總則； 第31部分：建筑物內(nèi)人體暴露評價的現(xiàn)場測量指南：——第32部分：大地的動態(tài)性能測量。本部分為GB/T33521的第32部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分使用翻譯法等同采用ISO/TS14837-32:2015《機械振動軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015試和估算方法。本部分的第4章概述了地面誘導結構噪聲和地傳振動，在分。第5章定義了相關的大地動態(tài)參數(shù)，描述了這些參數(shù)間的相關性以及與波傳播的基礎物理學關系。第6章給出了這些參數(shù)的確定方法：6.3給出基于傳統(tǒng)巖土工程和工程地質(zhì)指標參數(shù)的經(jīng)驗修正的簡單估算方法；6.4給出從巖土的現(xiàn)場貫入試驗數(shù)據(jù)間接測定的方法；6.5和6.6給出更精確的直接在現(xiàn)場原位和實驗室測試這些參數(shù)的方法。1GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015機械振動軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動第32部分：大地的動態(tài)性能測量1范圍GB/T33521的本部分提供了軌道系統(tǒng)至鄰近建筑物基礎之間的大地(即地面誘導結構噪聲和地傳振動的傳播介質(zhì))的動態(tài)性能測量的指南和方法。目的是確定大地系統(tǒng)的參數(shù)，以便可靠地預測噪聲和振動的傳播、設計滿足噪聲和振動要求的軌道系統(tǒng)和地基、謀劃對策以及驗證設計方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T33521.1—2017機械振動軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動第1部分：總3符號下列符號適用于GB/T33521的本部分。注：縮寫匯總見附錄A。B剪切模量(Gmax)公式中的無量綱常數(shù)D與損耗有關的距離衰減因子d波的傳播距離Ema楊氏模量，低應變動態(tài)值f頻率G*復剪切模量Gmax剪切模量，低應變動態(tài)值Ip塑性指數(shù)k*復波數(shù)M*復側限模量Mmax側限模量，低應變動態(tài)值N?0標準貫入試驗(SPT)中的修正錘擊數(shù)n剪切模量(Gmax)公式中的應力指數(shù)P振動功率通量pa參考應力(壓力),pa=100kPaQ材料品質(zhì)因子2GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015Q.巖石品質(zhì)因子q圓錐貫入試驗(CPT)中的錐尖阻抗RR。參考徑向距離，斜向或沿表面波功率通量的功率譜飽和度S質(zhì)點振動速度功率譜不排水抗剪強度t時間V不依賴波型的波速v平均波速Vp壓縮波波速Vs剪切波波速水中的聲波波速v質(zhì)點振動速度U?參考距離的質(zhì)點振動速度質(zhì)點振動速度均方根值W一個遲滯環(huán)的勢能Zp平面壓縮波的比阻抗Zs平面剪切波的比阻抗≈α距離衰減指數(shù)周期(動)剪應變一個遲滯環(huán)的能量損失周期(動)法向應變5SDOF的臨界阻尼(阻尼比)7材料損耗因子壓縮波的材料損耗因子剪切波的材料損耗因子小應變線性范圍內(nèi)材料損耗因子λ波長2階拉梅常數(shù)，低應變動態(tài)值v。5p體積質(zhì)量密度σe周期(動)法向應力σ'有效垂直法向應力Te周期(動)剪應力3GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20154地面誘導結構噪聲和地傳振動的傳播軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動以機械波形式通過地表下傳播。波的傳播受大地中程度上受幾何效應控制。波的傳播方向進行前后往復運動，而剪切波中質(zhì)點是垂直于波的傳播方向運動。因此剪切波能在不同平面中偏振，而P波是非偏振的。真實的大地不是無限均勻的，不同分層和土體之間有自由表面和界波長變化。實際大地中振動傳播的波都源于兩種基波，因此解決傳播波場的問題關鍵是了解控制這些基波的巖土材料性能，以及這些性能在整個大地中的分布。根據(jù)整個傳輸路徑中地層和土體的材料性能以及方法。更多補充信息見參考文獻[105]。和基波適用于地面誘導結構噪聲和地傳振動。唯一的區(qū)別是頻率以及對應的波長。按GB/T33521.1—2017的規(guī)定，軌道系統(tǒng)地傳振動的相關頻率范圍定義為1Hz～80Hz的人體全身振動感知范圍(見ISO8041)。軌道系統(tǒng)地面誘導結構噪聲的相關頻率范圍應在可聽范圍內(nèi)，GB/T33521.1—2017建議約16Hz～250Hz。地面誘導結構噪聲通過振動建筑物表面以聲音形式再次輻射，而地傳振動主要從振動地板傳播到人體全身。地傳振動除了對建筑物內(nèi)的人產(chǎn)生影響之外，也可能對敏感裝置甚至建筑結構產(chǎn)生影響。耗機理影響，且具有頻率依賴特性。因此地面誘導結構噪聲在某地點的傳播特性可能與低頻振動的傳播特性大不相同。5大地中波傳播參數(shù)第5章概述了地面誘導結構噪聲和地傳振動傳播的重要材料參數(shù)，以及理論表達形式和相互關系。4GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015第6章給出了經(jīng)驗估算和測量這些參數(shù)的方法。5.2基波傳播參數(shù)在均勻彈性各向同性固體介質(zhì)中，存在兩種基本平面體波：膨脹波(P波，壓縮波)和剪切波(S波)。波的傳播速度V與土和巖石傳播介質(zhì)的剛度模量和體積(有效)質(zhì)量密度有關，如下所示：a)膨脹波波速Vp,單位為米每秒(m/s):…………(1)b)剪切波波速Vs,單位為米每秒(m/s):式中：Mmax——彈性側限模量，單位為帕(Pa);Gmax--—介質(zhì)的彈性剪切模量，單位為帕(Pa);p-—體積(有效)質(zhì)量密度，單位為千克每立方米(kg/m3)。下標max是巖土動力學的術語，表示當動應變(幅值)足夠低以使巖土材料表現(xiàn)出線性彈性時，相應模量的最大穩(wěn)態(tài)值。與該最大值相比，當動應變(幅值)增大時，材料非線性導致割線模量降低。將動態(tài)模量與巖土力學中常規(guī)靜態(tài)或準靜態(tài)模量區(qū)分開來至關重要。靜態(tài)或準靜態(tài)模量是在高應力(應變)和長期(永久)載荷作用下確定的，受非線性和蠕變通常導致巖土材料靜態(tài)或準靜態(tài)模量比其線性動態(tài)模量低得多。因此，在巖土動力學計算中采用靜態(tài)模量會導致嚴重錯誤的結果。各向同性彈性介質(zhì)的變形特性通常由兩個獨立的彈性特征參數(shù)來定義，可以是Mmx和Gma。引入泊松比v。作為第二個參數(shù)，側限模量Mmax可通過公式(3)由剪切模量Gmax計算得到： (3)這里，泊松比帶有下標0,適用于線性彈性范圍的低動應變狀態(tài)，與巖土力學中使用的準靜態(tài)泊松比有較大不同。膨脹波波速Vp,也能通過剪切波波速Vs和泊松比v。由公式(4)計算得到： 從公式(4)中可以看出，膨脹波波速始終大于剪切波波速，即Vp>Vs,且當v。接近0.5時，Vp/Vs會急劇增大。泊松比。能通過兩種基本體波的波速Vp和Vs由公式(5)計算得到： (5)如引入楊氏模量Emx作為第二個彈性參數(shù)，其與剪切模量Gmx和泊松比v。的關系見公式(6):Emax=2(1+vo)Gmax (6)或者，引入體積彈性模量Kmx,能用兩個彈性常數(shù)中的任一表達。與剪切模量Gmx和側限模量Mmax的關系見公式(7):……(7)圖1給出了大地中應力和變形以及坐標系。受壓為正，即σ>0。剪應力t的第一個下標表示方向，第二個表示所在平面。5說明：c——z平面，△τ=△tx。GB/T33521.32—2021/ISO/TS注：兩個拉梅常數(shù)是一組可選的彈性特征參數(shù)。它們與前面定義的彈性特征參數(shù)唯一相關。當用于巖土材料時，盡管不常用，也可以通過下標max這種簡便方式來表示拉梅常數(shù)的低應變穩(wěn)態(tài)值。拉梅常數(shù)與其他參數(shù)的關系如下：λmax=Mmax—2Gmax=GmZa)剪切模量G=△t/△γb)側限模量M=△o./△ε:說明：a)△t,=△tr=△r,△γ_=△Y,=△b)約束邊界△e,=△e,=0,無橫向應變；c)△ex=△Ey=△er,自由邊界△ox=△o,=0,泊松比v=△er/注：圖示是以Z方向作為主方向。這些定義同樣適用于X方向或Y方向作為主方向。6GB/T33521.32—2021/ISO/TSDc)楊氏模量E=△o./△s.巖土材料的阻抗和材料之間的比阻抗是評估兩種材料界面之間能量傳遞效率以及在巖土材料體邊界形成界面波的重要參數(shù)。然而對于與振動波長相比較薄的地層，要注意不同材料的比阻抗不再是決定振動能量反射和傳播性能的重要參數(shù)，而是地層厚度。這在典型的隔振屏障性能評估時尤為重要。在彈性各向同性巖土材料體中平面波的比阻抗Z定義如下：a)平面膨脹波比阻抗Zp:b)平面剪切波比阻抗Zs:比阻抗單位為帕秒每米[(Pa·s)/m],將波在傳播中的動應力(循環(huán)應力)與相應的質(zhì)點速度相關聯(lián)。質(zhì)點速度為v的平面剪切波在剪切波比阻抗為Zs的大地中沿某一方向傳播時，在波偏振平面中施加動態(tài)剪應力ry等于公式(10)的結果：Tey=Zsv………(10)相應的剪應變γ。按公式(11):……(11)相應的，質(zhì)點速度v的膨脹波在傳播方向上的法向應力σc和法向應變e。分別按公式(12)和公式(13): (12) (13)公式(10)～公式(13)僅適用于一個方向傳播的單個基波分量。在駐波、表面波和界面波等多個波分量相互作用的情況下，需要考慮疊加效應，不能簡單的應用上述關系式。在基本平面波分量的方向上以單個頻率傳播的平均機械功率通量密度P,單位為瓦每平方米(W/m2),按公式(14):…………(14)式中：Z—-—波的大地比阻抗，單位為帕秒每米[(Pa·s)/m];——波的單個頻率分量的質(zhì)點速度幅值，單位為米每秒(m/s)。相應地，對于寬帶振動傳播，功率通量譜密度Spp按公式(15):7GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015式中：………………Sw(f)——波在大地振動傳播過程中質(zhì)點速度的功率譜密度函數(shù)，單位為平方米每二次方秒赫Spp(f)——單位為瓦每平方米赫[(W·m2)/Hz]。對于質(zhì)點速度均方根值為vRMs的寬帶振動，總功率通量Ptot為：軌道系統(tǒng)振動屬于瞬態(tài)和時變振動。當涉及質(zhì)點速度、應變、應力和功率的典型值時，GB/T33521.1—2017的7.4給出的運行均方根時域振幅或運行頻譜值的形式可能最相關。此外根據(jù)經(jīng)驗，1s運行時間窗分析得到的典型值可以用來評估巖土材料的動態(tài)性能。在這段時間內(nèi)足夠穩(wěn)定。嚴格來說，上述公式僅適用于平面波。然而，它們能用來近似模擬軌道系統(tǒng)引起的地面誘導結構噪聲和地傳振動的真實波。只有在靠近振源(即近場)等特殊情況下，可能需要考慮球面波理論。近場效應將在5.5中進一步討論。5.3材料損耗和非線性對于軌道系統(tǒng)引起的地面誘導結構噪聲和地傳振動，巖土材料動應變大多在線性范圍內(nèi)。然而，即使在小應變下，巖土材料仍會出現(xiàn)一定程度的能量損耗，體現(xiàn)為少量的衰減。只有靠近軌道結構動荷載源、軌道附近、陡邊緣以及不連續(xù)的位置，才能出現(xiàn)較大的動應變。當列車速度等于大地瑞利波波速(臨界列車速度)和大于大地瑞利波波速時，即跨瑞利波波速，可能出現(xiàn)過大的軌道和大地振動，此時應變值很大，在仿真、分析和緩解措施的研究過程中需要考慮非線性[102]。研究地面誘導結構噪聲和地傳振動時，采用粘彈性模型(Kelvin-Voigt模型)和材料損耗因子η既方便又具有足夠精度。η定義按公式(17): (17)式中：△W——一個加載周期中的能量損失，單位為焦(J)。如圖3所示，材料損耗因子量化了振動波通過的每個加載周期能量損耗。8GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015a)遲滯阻尼比定義b)Gmx和G.定義Y?——非線性彈性范圍內(nèi)或更大的應變幅值(應變范圍的定義見圖8和圖10)。圖3巖土材料的遲滯阻尼定義 (18)在土動力學和巖土地震工程文獻中[20],巖土材料兌遲滯損耗通常被定義為阻尼比或阻尼系數(shù)。注1:土動力學和巖土地震工程文獻中使用的阻尼比或阻尼系數(shù)通常表示為ξ,與材料損耗因子η相似，同樣用遲力學系統(tǒng)中的臨界阻尼(阻尼比)5混淆。臨界阻尼的定義為5=C/C。=C/的系統(tǒng)的臨界阻尼(相同。巖土材料的損耗特性具有摩擦和遲滯阻尼性質(zhì)(輕微非線性),而非粘性，因此對頻率幾乎不敏感。為了模擬遲滯損耗特性并同時保持線性粘彈性公式的方便性，引入與頻率成反比的粘度參數(shù)。這消除了粘彈性材料固有的頻率相關性，而遲滯材料特性不具有頻率相關性。這種損耗形式通常被稱為線性滯回[20]。采用Kelvin-Voigt公式，得到復剛度模量為：a)膨脹波的復側限模量M*:M*=M(1+iηp)……(19)b)剪切波的復剪切模量G”:G*=G(1+iηs)…………(20)9GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015復模量也導致復波速和復波數(shù)。當用復數(shù)模量替代傳統(tǒng)的實數(shù)模量時，上述的所有波傳播公式都這里k?是表示波隨傳播距離的損耗注2:復波速和相應的復波數(shù)可分別表示為V*=V?+iV?,其中V是波的傳播速度。參考文獻[20]和[91]中詳細介紹了復波速和復波數(shù)。振動波從距離R。傳播到R時，巖土材料損耗因子對振動波衰減的作用能按公式(21)表示：e-a(R-Ro) (21)因子D的關系能按公式(22)表示：e-a(R-Ro)=e-2nJD(R-Ro)/V=e-2xD(R-Ro)/A…………(22)V——波傳播速度，單位為米每秒(m/s);f——頻率，單位為赫(Hz);D——與損耗有關的距離衰減因子。對于低損耗因子，D能近似為D=η/2,只要η低于約0.3,該近似即可成立，圖4給出了兩者間的精確關系。差值R-R。是所討論的波的實際傳播距離。從公式(22)能看出，振動波在傳遞過程中每個波長距離的損耗衰減率為常數(shù)。的關系。從該公式可以看出，D不可能超過0.35。rr000.20.說明：注：數(shù)字需要乘以100以給出阻尼值的百分數(shù)。圖4與損耗相關的距離衰減D和遲滯阻尼比5GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20155.4大地的幾何效應、分層和橫向變異性在地面誘導結構噪聲和地傳振動隨距離增加的衰減中，幾何效應的影響通常超過土體自身損耗的影響，特別是低頻時。基本的幾何效應通常稱為輻射衰減、距離衰減或幾何衰減，是由于波在遠離信號源傳播擴散開時，波能量分布在越來越大的表面上。這導致傳播距離越遠，振動波功率密度越小，振動幅值也隨之減小。大體上，當能量以波的形式從點振源向各向同性均勻介質(zhì)遠處傳播時，幾何衰減導致基本體波幅值的降低與傳播距離呈正比。材料損耗機理更進一步加劇了波能的衰減。對于均勻彈性半空間體，除了兩個基本體波外，還存在一種表面波。表面波也叫瑞利波，在相同材料中，瑞利波波速Vr略低于剪切波波速Vs。Vr/Vs的比值取決于泊松比，介于0.87～0.96之間。圖5繪制了VR/Vs和Vp/Vs與泊松比的關系。瑞利波沿自由表面?zhèn)鞑?，質(zhì)點運動軌跡為逆向橢圓形，隨著深度的增加而逐漸消失。大多數(shù)瑞利波僅在大約一個波長深的地層中傳播。這意味著在半空間中，低頻比高頻的波滲透更深。來自點振源的瑞利波波能沿圓柱形表面而非球形表面?zhèn)鞑ァＲ虼?，這種幾何能量傳播導致瑞利波的振幅衰減與距離的平方根成正比。YY32113022——P波；圖5瑞利波和P波波速與剪切波波速歸一化比值與泊松比關系在許多情況下，表面波對軌道系統(tǒng)的地面誘導結構噪聲和地傳振動是至關重要的。首先，來自面振源的大部分能量轉換為表面波；其次，表面波的距離衰減比體波小，因此傳播距離越遠表面波越占主導。對于均勻半空間，包含幾何衰減和材料損耗衰減的總距離衰減能用公式(23)表示： (23)在公式(23)中，v。和v分別是距離振源R。和R處的振動質(zhì)點速度。對于均勻半空間，介質(zhì)中體波(P波和S波)的指數(shù)n為1,表面瑞利波的指數(shù)n為0.5,對于體波表面響應的指數(shù)n為2。公式(23)中GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015頻。從本質(zhì)上講，公式(23)僅適用于振動傳播由單一波型控制的區(qū)域。如果來自隧道的傳播由體波主然而公式(23)在用于實際情況時已經(jīng)進行了大量簡化。除了近場效應之外，實際大地的分層和不均勻性均可能與該公式的預測結果有嚴重的矛盾。并呈現(xiàn)出多種波類型。彌散波傳播速度具有頻率和波長依賴性。彌散現(xiàn)象導致多種波形和不同模態(tài)出現(xiàn)在層間界面并沿該界面在層內(nèi)傳播。上述不同種類波型存在的程度、攜帶多少波的能量以及他們是性可能是大不相同的。如果大地層理以及巖土材料的基本動態(tài)性能是已知的，那么這種復雜介質(zhì)中的波傳播在某種程度上能通過計算工具進行建模。然而，為保證理論模型可解，建模過程通常需要以可控的方式做大量簡在大多數(shù)情況下，基于輪軌關系的列車和電車的長度比線路至所關注建筑物的距離長。而列車各系列不相干的離散振源。對于沿著線路方向的離散點振源，導致產(chǎn)生相干振動的距離，低頻比高頻更長。波和膨脹波無法分離，表現(xiàn)為一個合成波。離開振源的距離超過約三個波長后，近場逐漸轉變成遠場。因此當頻率低時，近場范圍可能很大。在近場中振幅隨距離衰減不是單調(diào)的，即使是在均勻大地條件土和巖石通常具有各向異性的傳播特性，即全局各向異性或材料各向異性。全局各向異性是由于大地分層、斷層等原因引起的，而材料各向異性則可由礦物顆粒各向異性或各向異性的應力條件等引起。全局各向異性可顯著影響軌道系統(tǒng)的地面誘導結構噪聲和地傳振動傳播。散射和衍射會導致過多振動的預測和設計過程中需要考慮這些因素。該問題的詳細討論見5.4。材料各向異性通常沒有全局各向異性顯著,對波的傳播特性影響較小。這種各向異性很難通過現(xiàn)當直接在某一地點進行大地的噪聲和振動傳播特性原位全尺寸測量時，測得該地點固有的全局各性的差異可導致較大誤差。5.7地下水的影響——兩相介質(zhì)的巖土材料GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015但需要重點注意，由于與軟土顆粒相比水的壓縮性低，完全飽和松土的膨脹波波速Vp通常約為1500m/s,比其剪切波波速Vs至少高一個數(shù)量級。使得表層有效介質(zhì)的泊松比v。接近0.5,能給一些數(shù)值計算工具帶來問題。更需注意，這種情況僅對完全飽和土適用。即使在孔隙水中存在微量空氣或氣體，也會急劇降低P波在有效介質(zhì)中傳播速度，數(shù)值接近Vp=2Vs,見公式(28)和6.3。更多有關飽和土中波速的細節(jié)參考流體置換理論。同理，通過測量P波波速估算S波波速也是不合適的。對于波注：Biot-Gassmann流體置換理論中詳細介紹了孔隙流體對巖土材料波速影響的研究，更多闡述見參考文獻[39]、變化的地下水位和季節(jié)性河流水位會以上述方式改變振動傳播特征。然而，季節(jié)性變化的水位不能確保所有材料表面都被潤濕，也不能確保土體相對于P波波速而言重新達到完全飽和程度。考慮飽和的意義在于獲取準確的P波波速和體積密度。P波是地下軌道系統(tǒng)一個主要問題。相反地，對于地6參數(shù)估算和測量方法在對軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動進行評估之前，對現(xiàn)場土體狀況和分層進行基水位深度是必不可少的信息。地面誘導結構噪聲和地傳振動問題無關。然而重要的是，噪聲和振動專家可以獲取充分的巖土和地質(zhì)對噪聲和振動問題能更高效地開展補充鉆孔和勘測。巖土和工程地質(zhì)現(xiàn)場勘測方法是專業(yè)化的，不同的國家和地區(qū)會根據(jù)當?shù)厍闆r做不同的調(diào)整。這些超出了本部分的范圍。最常見的勘測方法概述詳見參考文獻[14]和[19]。常用的巖土和巖石力學指標參數(shù)見參考文獻[16]。除了提供現(xiàn)場土和巖石類型和范圍等一般信息外，傳統(tǒng)的巖土和巖石力學勘測數(shù)據(jù)揭示的指標參典型現(xiàn)場標準勘測方法包括一般回聲探測法(根據(jù)當?shù)貙嶋H情況不同會有調(diào)整)、圓錐貫入試驗(CPT)、標準貫入試驗(SPT)、取樣實驗室測試，還有常規(guī)的地震折射法。對于動力分析有用的指標參參數(shù)評估大地動態(tài)參數(shù)的方法見6.3。6.4介紹了通過原位貫入試驗(CPT和SPT)間接確定動態(tài)參數(shù)的方法。6.5介紹了采用專門的原位測試方法直接測量大地的動態(tài)性能，以獲得更可靠的數(shù)據(jù)。通過直接獲取動態(tài)性能數(shù)據(jù)。用于測量試樣動態(tài)性能的專業(yè)實驗室方法見6.6。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20156.2土與巖石為了確定大地的動態(tài)性能，需要注意的是，土和巖石在大多數(shù)地質(zhì)條件下的特征有明顯區(qū)別。因此，為方便地評估其動態(tài)性能，應使用不同的方法。相關的土和巖石在下文中分別介紹。然而宜注意到，在某些地質(zhì)和環(huán)境條件下，土與巖石之間的區(qū)別并不明顯，這在存在殘積土的熱帶地區(qū)較為常見。這些殘積土從松散土緩慢漸變到較堅硬巖石。對于殘積土，明確區(qū)分礦物顆粒和空隙可能是無效的，因為顆粒在潮濕條件下，會破碎、吸收水分從而完全改變自然特性。6.3基于指標參數(shù)的經(jīng)驗估算方法基于一般巖土和巖石力學指標參數(shù)以及傳統(tǒng)的現(xiàn)場勘測和實驗室檢測數(shù)據(jù)，有大量的經(jīng)驗和半經(jīng)驗方法來估算巖土材料的動態(tài)性能，本條提供了一些預測公式。文獻中也包含了可供選擇的預測公式，能為特定和局部的地面條件提供更好的估算。公式能具有不同的形式，或者在常數(shù)和指數(shù)的取值上有差異。因此，建議對相同地理區(qū)域的早期經(jīng)驗進行文獻檢索和綜述。在早期階段或在地面誘導結構噪聲和地傳振動不是特別嚴重或其對土的特性不很敏感的項目中，這些預測方法可能被認為足夠準確。以下條中公式規(guī)定了巖土和巖石力學參數(shù)，更詳細的定義和解釋見參考文獻[16]。6.3.2有效(體積)質(zhì)量密度如果部分或完全飽和土的有效(體積)質(zhì)量密度p不能直接在工程現(xiàn)場原位測量或?qū)嶒炇覝y量，能通過公式(24)估算：p=(1-φ)pmineral+φS,Pwater……(24)φ--—土的孔隙率；S——水的飽和度；Pmincr——構成顆粒的材料質(zhì)量密度，對于石英材料，接近2700kg/m3;Pwaer——水的質(zhì)量密度，接近1000kg/m3。6.3.3波速和彈性剪切模量在評估和控制軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動時，剪切波波速Vs和相應的低應變剪切模量Gma通常被認為是最重要的大地動態(tài)參數(shù)。兩者關系見公式(2)。Gmx和剪切波波速Vs取決于土特性和土中有效應力。如果剪切波波速Vs或Gm沒有直接在現(xiàn)場或?qū)嶒炇覝y量，可從原位應力狀況和巖土材料指標參數(shù)中進行估算。可按公式(25)得到較好的 (25)B——無量綱常數(shù)，對于大多數(shù)砂和礫石通常接近700。f(e)——土的空隙比e的無量綱函數(shù)[46],具體為：f(e)=1/(0.3+0.7e2)………(26)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015公式(25)和公式(26)適用范圍限于孔隙比e<1.2,與φ<0.55(即55%)相一致。pa——100kPa為參考壓力。定Gmax的深度處的八面體有效應力σot。參考文獻[44]和[47]中有更多近期關于這一類經(jīng)驗關系的闡述。在常見的大地中，垂向有效應力σ,是由覆蓋層重量(地下水力。見公式(24)估算質(zhì)量密度。0.7之間。然而在特殊地質(zhì)區(qū)域可能存在更高的數(shù)值。Gmax=(20800/Ip+250)s。 (27)圖6提出了另一種估算Gmax的方法，即利用粘土指標參數(shù)超固結比OCR[26]。圖6繪出了Gmx/sDSs與OCR關系。sDSs為直接剪切裝置DSS中測定的不排水剪切強度。所有術語定義和進一步解釋見參考文獻[16]和[26]。關于這個問題的補充公式見參考文獻[98]和[99]。YY600400200L102030403452Y——Gmax/sD?。對于干燥和部分飽和土，顆?；|(zhì)的低應變泊松比v。的值通常在0.2～0.3之間。在這個范圍內(nèi)，度達到約0.99。對于完全飽和軟土(典型的Vs小于200m/s),膨脹波波速Vp能按公式(28)估算：GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015…………公式(28)僅適用于真正的高飽和度(>0.9999)。對于中飽和度和硬土，關系變得更加復雜，需要應用更完善的Biot-Gassmann流體替代方案[39]。關于波在水飽和顆粒材料中的傳播深入探討見參考文獻[40]～[42]和[108]。石性能的常用指標參數(shù)是巖石品質(zhì)因子Q.,參考文獻[43]對其進行了定義，參考文獻[38]做了進一步確定的一個無量綱參數(shù)。然而Q。值不應與公式(18)定義的材料品質(zhì)因子Q混淆。如果現(xiàn)場巖石的Q。從軌道系統(tǒng)項目的工程地質(zhì)勘測中得到，按公式(29)能大致估算巖體的膨脹波波速Vp,單位為千米每秒(km/s)[38]:Vp=1gQ。+3.5………(29)圖7給出了不同巖石類型典型Vp值范圍，在參考文獻[43]和[38]中也提到了。對于大多數(shù)巖石，低應變泊松比v。的值典型分布在0.2～0.3范圍內(nèi)，利用公式(4)能通過Vp來估算Vs。在這個泊松比范圍，波速比Vp/Vs對v。不是特別敏感，在該范圍內(nèi)評估Vs時不會引入較大不確定度?；鶐r基巖水泥礫石(智利) 里阿斯頁巖(厄勒海峽)白堊紀石灰石(厄勒海峽)中新世石灰石(利比亞)始寒武統(tǒng)/寒武紀砂巖始新世石灰石(利比亞)寒武-志留紀石灰石約特尼砂巖(利馬)加里東石英巖片麻巖花崗巖變鈣長輝長巖輝綠巖(利比里亞)地震波波速(km/s)圖7適用于微風化和中度斷裂的巖石典型P波波速Vp范圍材料具有近似理想的線性彈性特性。然而，即使在這樣的小應變情況下，材料也有少量的內(nèi)部損耗ymin。對于較高的應變狀態(tài)(如靠近振源，跨瑞利波波速等),巖土材料表現(xiàn)出不斷增加的遲滯非線性行為，并導致額外的遲滯損耗。圖3闡明了遲滯剪應力一應變環(huán)，并定義了初始動態(tài)剪切模量Gm和割線動態(tài)剪切模量Gse以及遲滯材料損耗因子η,η定義見公式(17)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015量化巖土材料動態(tài)非線性的一種簡便方法是繪制標準剪切模量Gsee/Gmx相對于循環(huán)剪應變γ。的然而Gs/Gmx比值一直保持合理不變，因此Gse/Gmax曲線也適合退化材料。對于排水加載時，材料由有效。不同狀態(tài)發(fā)生轉變的應變值稱為臨界應變。線性循環(huán)臨界剪應變ya成為“非常小應變”和“小應圖8b)繪制出相應的遲滯材料損耗因子η與循環(huán)剪應變γe關系圖，同樣分為三個應變水平狀1——線性范圍；2——非線性彈性范圍；3----非線性范圍；4—-1000次循環(huán)；5——1次循環(huán)；X——循環(huán)剪應變γe,%;Y?——歸一化剪切模量G/GmaxY?——材料損耗因子η,%。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015對于更多的塑性粘性土(粘土),可塑性程度會對歸一化剪切模量Gsge/Gmx、損耗因子η與循環(huán)剪中Ip=1時曲線與圖8中無粘性土材料相同。對于塑性粘土，應變臨界值和循環(huán)行為狀態(tài)區(qū)域取決于Y?Y?11p=200020(N=1,ORC為1～15,對于一定范圍的塑性指數(shù)值I。為0～200X——循環(huán)剪應變γ.,%;Y?—-—歸一化剪切模量G/Gmax;Y?——材料損耗因子n,%。圖9不排水塑性土的典型非線性模量降低和阻尼變化曲線與塑性指數(shù)IpGB/T33521.32—2021/ISO/TSb)材料阻尼變化曲線(N=1,ORC為1～8,對于一定范圍的塑性指數(shù)值Ip為0～200)說明：1——γ均值線；2——yw均值線；3——非常小應變；4——小應變；5——中到大應變；X——循環(huán)剪應變γ.,%;Y-——塑性指數(shù)Ip,%。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015一的曲率關系，詳見參考文獻[28]。對于Gse/Gmx(Ye)曲線平坦區(qū)段在“非常小應變”狀態(tài)下沒有曲率，傳統(tǒng)的遲滯理論認為是零損耗。然而實際表明，巖土材料在“非常小應變”狀態(tài)下也會產(chǎn)生小部分遲為6%~14%,粘土為4%～10%。對于軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導結構噪聲和地傳振動，由于地層之間模糊過渡、土體不均勻性等，會引起明顯的額外損耗，深入討論見5.4。模擬波在實際大地中的軌道系統(tǒng)傳播時，當包含這個效應時，表現(xiàn)的總損耗因子可能高達15%～20%。6.4基于巖土原位貫入試驗的間接測定采用圓錐貫入試驗(CPT)和標準貫入試驗(SPT)等方法收集的巖土原位測量數(shù)據(jù)，可通過經(jīng)驗公式粗略估算Gmax、Vs。6.4.2圓錐貫入試驗巖土土質(zhì)在軟到中等硬度條件下，圓錐貫入試驗(CPT)是一種常用的巖土參數(shù)原位測定方法。該方法是基于標準圓錐體被連續(xù)壓入地面，同時測量錐尖阻抗、孔隙壓力和錐尖套管摩擦力。該方法詳見參考文獻[11]、[17]、[36]和[93]。CPT測試中得到的可用于估算大地動態(tài)性能的關鍵參數(shù)是錐尖阻抗，該參數(shù)與貫穿深度q?(z)有關，單位為千帕(kPa),可用于修正孔隙壓力的影響。如果已知孔隙比e(z)隨深度變化，對于粘性土，如粘土，Gmax能按公式(30)進行粗略估算： (30)基于參考文獻[20],[36]和[48],公式(30)是按國際單位制(SI)重新表達。參考壓力pa=100kPa,與公式(25)中相同。按公式(30)得到的Gmax單位為千帕(kPa)。對于無粘性土，如砂，按公式(31)能從測量對應深度q,(z)的錐尖阻抗來粗略估算Gmax:Gmax(z)=1634q,(z)0.25σ'y(z)0.375 (31)才能保證預測正確。如果適用公式時可以明確區(qū)分粘性或無粘性土，上述兩個公式可給出合理的估算。但如果適用時無法明確區(qū)分或為混合土體類型，可導致嚴重錯誤的結果。然而估算動態(tài)剪切模量或剪切波波速更可靠的過程來自CPT測探，正如在參考文獻[104]中做的闡述，這個過程將構成相當長的工作流程，其中一些最初的操作是對土類型進行分類。這比簡單的公式更通用、可靠和普遍適用。6.4.3標準貫入試驗巖土土質(zhì)在中等到硬粒狀的條件下，標準貫入試驗(SPT)是迄今為止最久、最常用的原位巖土工程勘測方法。該方法是將貫入采樣器打入鉆孔的底部土體中。在每個間隔，通常貫入器被打入土體46cm,穿透最后30cm所需的打擊次數(shù)作為標準貫入擊數(shù)N。該數(shù)值得到歸一化值Ns。,對實際的設備擊打效率和覆蓋層影響進行修正。采樣器、驅(qū)動裝置和擊打速率在一定程度上是標準化的，但也有很多地區(qū)或國家做了調(diào)整。SPTNso因此被認為是一種相當粗略的測量土體抗力的方法。該方法的詳細闡述見ISO22476和參考文獻[17]。然而如果沒有更好的資料，SPTN值可通過以下經(jīng)驗公式對大地動態(tài)性能進行指示性預估。雖然20GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015Vs(z)=aN??(z) (32)N?0(z)———SPT測探中對深度z歸一化的錘擊計數(shù)；a典型值范圍為80～120;b接近1/3。參考文獻[33],[35],[100]和[101]中提出了一些特定土的系數(shù)。所得到的剪切波波速單位為米每秒(m/s)。Gma(z)=4.38N??(z)0.333。mean(z)0-5 (33)公式(33)中Gmx單位為兆帕(MPa),σman(z)是相應的與深度相關的平均有效覆蓋層壓力，單位為千帕(kPa)。公式(33)來自參考文獻[20]和[34],但轉換為SI單位。對于粗粒土的預測是最可靠的，對細顆粒土的預測可靠性較差。為項目初期的篩選方法。如果篩選表明地面誘導結構噪聲和地傳振動可存在影響，采用6.5和6.6所述宜通過在變化范圍中對變量隨機取值并進行敏感性研究，然后據(jù)此假設所確定參數(shù)的合理變化范圍來相比上述間接方法，在現(xiàn)場直接原位測量能獲得更可靠的大地動態(tài)性能。這種直接測量方法利用球物理地震法。地測量大地剪切波波速參數(shù)最適用和性價比最好的方法。特別是對于軟土場地，地震CPT衍生的下孔特定條件下更合適。表1概述了所有提出的方法，并總結了其主要特點、優(yōu)點和缺點物理方法適用性的更一般概述。程度上依賴于大地有效側限應力。因此，這些參數(shù)僅適用于已被測量的現(xiàn)場應力情況。如果這些參數(shù)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1直接測量大地動態(tài)參數(shù)——總結和評估最適合軌道系統(tǒng)地傳振動的現(xiàn)場方法和實驗室方法方法主要特征優(yōu)點缺點適用等級分層GmxMmxV0低應變Ge/Gmax高應變7現(xiàn)場方法面波法沿儀器給定的線性剖面測量表面波的散)。該頻散信息反過來給出各剖面S波波速與深度。30m～50m很適用，高效，常用。不需要任何鉆孔。傳感器放置在地面上。振源在地面。在任何地表工作。沿剖面給出平均屬性?？拷砻娣直媛矢叽┩感杂邢蕖５皖l波源很難實現(xiàn)深穿透的要求。在較大深度處分辨率有限。不會或幾乎不會沿剖面取得大地特性的橫向變異性。橫向變異性會質(zhì)量2311100地震CPT(改進的下孔法)測量S波從表面振錐尖一個或多個振動傳感器的行進時間。連續(xù)穿透，測度。也用于P波。在軟土中穿透深度30m～60m。深度分辨率0.5m~常用，高精度和高分辨率，但略低于跨孔法。測量過程中易于快速穿透。提供來自同一組的普通CPT數(shù)據(jù)不能穿透硬地基和礫石、巖石。如果只有一個傳感器，則取決于可靠的觸發(fā)信號3322100下孔懸掛記錄器振源和拾振器都包含在測井工具中，兩者下降到填充有水(或鉆井液)的預鉆孔，測量S波和P波在振源和拾振器間沿著鉆孔的傳播時長。S波需要夾緊固定。滲透深度不受實際鉆井深度的限制。深度分辨率0.5m～lm新技術。經(jīng)驗有限。高精度和高分辨率，但略低于跨孔法。不需要多于一個預鉆孔?？梢杂涗浧渌麉?shù)取決于可靠的觸發(fā)信號。記錄工具和鉆孔相互作用可能會掩蓋測量223200022GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1(續(xù))方法主要特征優(yōu)點缺點適用等級分層GmaMmaxVo低應變G./Gmax高應變7現(xiàn)場方法跨孔法從一個預鉆孔中的振源到周邊一個或多個平行孔中的接收器，測量的S波和P波的傳播時長。穿透20m無偏差測量；實際鉆孔深度內(nèi)無偏差測量。深度分辨率0.5m～1m精確的波速測量和高分辨率。適用于土和巖石?？梢赃M行層析測量需要兩個或多個鉆孔(和套管)。依賴平行孔。易受近場效應影響。較大的剛度對比可能會由于誤差3333100實驗室方法壓電彎曲元剪切波由壓電彎曲元產(chǎn)生，透射通過試樣并在另一端被另一個壓電彎曲元接收。波速由記錄的行進時間和試樣高度確定。壓電彎曲元是產(chǎn)生和記錄S波的理想選擇，與中等硬度土的理想阻抗匹配。為了測量P波，還需要一組固體(非彎曲)壓電晶體，該評級在括號中給出在普通三軸和DSS測試裝置內(nèi)工作?？梢栽跍y試的任何階段進行測量?？焖贉y試，可以重復做應變水平低，無法控制03000共振柱將圓柱形試樣調(diào)諧為共振。從諧振頻率可以確定響應波速和材料損耗因子應變水平可以控制，從非常低到中等應變?？梢栽诓煌h(huán)應變(應力水平)下進行試驗。線性彈性到非線性彈以在三軸試驗期間的各個階段進行測量最適用于軟土0300333GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1(續(xù))方法主要特征優(yōu)點缺點適用等級分層Vs或GmaxMmaV0低應變Gec/Gmax高應變7實驗室方法循環(huán)三軸DSSDSS測試模式的三軸試樣暴露于循環(huán)(重復)加載，并測量響應。記錄完整的應力一應變環(huán)。正割模量和材料損耗因子可以確定可以測試高應變(應力)。涵蓋了非線性彈性和非線性區(qū)低頻測試。線性彈性范圍不可靠0111133注：等級：3極好，2合理，1臨界，0不適用。地震表面波測量是一種非侵入式的方法，用于映射局部大地原位動態(tài)性能和覆蓋較大場地。由于于軌道系統(tǒng)引起的地面誘導結構噪聲和地傳振動時的建議。面波法原理依賴于地震波的基本特性，特別是瑞利波，如5.4所述。這些波沿著表面?zhèn)鞑ィ⑶蚁嚓P質(zhì)點運動被限制在深入土體0.5倍～1倍波長的地層中。所以具有短波長的高頻波分量將“感測”大隨深度而變化。瑞利波波速與大地中剪切波(S波)波速密切相關。因此，表面波頻散主要反映了巖土材料S波波速如何隨深度而變化。所以表面波測量主要是測量現(xiàn)場巖土材料剪切波波速與深度。表面波測量包括三個基本步驟(見參考文獻[78]):a)規(guī)劃和設計表面波現(xiàn)場測量，沿著要調(diào)查的剖面使用適當?shù)恼裨春徒邮掌麝嚵?足夠的能量、c)在調(diào)諧的正演模擬或反演過程中，使用頻散數(shù)據(jù)(即相速度、群速度或慢度對于頻率或波長的函數(shù)),推導出調(diào)查剖面內(nèi)地面剪切波波速和動力特性與深度的函數(shù)關系。面波法各種實現(xiàn)方式不依賴于波的產(chǎn)生路徑，表2給出了傳感器如何沿剖面布置、所使用的傳感器24GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015的是1D剖面，有時也為2D剖面。這些實現(xiàn)方式也不同程度地推導出P波波速和隨深度的波衰減特表2面波法測量大地動態(tài)性能——各種方法的總結和評估類型關鍵特征優(yōu)點缺點A———多測點方式，多波段分析表面波(MASW)a2DFFT,f-k變換傅里葉變換數(shù)據(jù)從時間一距離域變換到頻率—波數(shù)域。根據(jù)頻率和角波數(shù)的比例確定頻散曲線和相位速度除了基本模態(tài)外，可以確定高階模態(tài)。方法具有高分辨率。如果使用較大數(shù)量的傳感器，則各分組傳感器可以確定沿著剖面的橫向變化需要大量同時采樣的測點，至少24個～48個，最好更多(最多256個),間距0.5m～1m。需要間隔一致的采樣時間和間距。由于間距上采樣數(shù)量不足容易導致空間混疊b相位慢度時間截距(r-p變換)共炮波場的傾斜疊加應用于從時間一距離域到相位慢度時間截距(縮短時間t)域，隨后在縮短的時間軸上進行傅里葉變換與A-a相同。不需要間隔一致的傳感器間距需要大量傳感器測點，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理c相移法數(shù)據(jù)傅里葉變換為頻率—距離域。根據(jù)每個頻率堆疊前的范圍應用相移對數(shù)據(jù)處理不敏感。不需要間隔一致的傳感器間距需要大量傳感器測點，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理。分辨率敏感處理緩慢d頻率分解傾斜疊加沖擊數(shù)據(jù)擴展到掃頻數(shù)據(jù)。針對每個頻率的速度范圍進行傾斜疊加，以將數(shù)據(jù)重新映射到相位速度與頻率提高分辨率和模態(tài)分離。不需要間隔一致的傳感器間距需要大量傳感器測點，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理e高分辨率Radon變換時間一距離域數(shù)據(jù)轉化為頻率—距離域。每個頻率應用高分辨率線性Radon變換不需要間隔一致的傳感器間距。在低頻和深度穿透兩方面提高分辨率需要大量傳感器測點，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理B——有限測點方法a時一頻表示法多個過濾器分析應用于選定的痕跡。應用小波變換或Gabor變換。確定群速度與頻率在單個或幾個測量點工作?？梢赃x擇橫向變異性有限的分辨率b表面波光譜分析將一組傳感器(2個或4個)按從小到大的距離連續(xù)移動布設，以共同的中點進行激勵。相速度與頻率由到達不同測點之間的相位差確定需要少量測點，數(shù)量有限的傳感器和測量通道主要依靠成功的相位展開。獲取時間長GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表2(續(xù))類型關鍵特征優(yōu)點缺點C使用連續(xù)振源，每次按一個頻率。傳感器沿著地面移動以定位節(jié)點，從而得到波長與頻率。或者使用接收器陣列，并且從相位角對距離的斜率確定波長具有較高的信噪比。對背景擾動不敏感。需要很少傳感器和測量通道獲取時間長。有限的穿透深度，除非使用重型振動篩C—被動面波法a被動陣列法利用環(huán)境振動。利用方向一致性分離波包不需要振源。可以深入滲透獲取時間長。需要2D傳感器陣列。在近海比在陸地更有效如何產(chǎn)生足夠的全頻域波能量使之能整個覆蓋被要求調(diào)查的深度范圍是最大的挑戰(zhàn)。來自各種振源的波記錄數(shù)據(jù)需要組合起來構建完整圖像。波形疊加應仔細考慮，注意不同來源之間的相位差。為獲得深度穿透，在足夠低頻率下產(chǎn)生足夠的能量特別具有挑戰(zhàn)性。軟到中等硬度大地的實際最大可勘測深度約為30m～50m。檢波器。然而保證足夠的低頻響應以覆蓋所要求的最大穿透，以及傳感器間相位匹配準確(通過校準檢直線等間隔0.5m～1m擺放至少48個～96個主要傳感器以覆蓋整個被調(diào)查的剖面?？赏ㄟ^使用較接收器不規(guī)則間距設置，或僅使用少量接收器。表面波頻譜分析(SASW)[82和表面波多通道分析(MASW)[78]都能及時地在相同數(shù)據(jù)集里運行。注意設置儀器的剖面長度宜至少等于所需的調(diào)查深度。盡管處理表面波數(shù)據(jù)有不同的方式(見表2),所有方法從本質(zhì)上依賴不同接收器之間的映射相位差。最直接獲得頻散曲線的數(shù)據(jù)處理方式，是從表面波數(shù)據(jù)集中通過二維傅里葉變換將時間記錄隨偏移距離的關系轉換成頻率隨波數(shù)的關系。這種方法需要沿地面等距離密集擺放傳感器以及按照“優(yōu)秀圖11給出一個典型的現(xiàn)場測量設置、數(shù)據(jù)處理和反演的步驟，通過誤差指示器得到頻散曲線和最佳估計Vs曲線。26GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015處理處理00H?,Vsi0H?,Vs?H?,Vs?評估模型反演0圖11表面波測量設置和結果大多數(shù)反演方案都假設大地在儀器放置剖面的范圍內(nèi)是橫向均勻的，其結果表示在該長度上的平均性能。然而，一些方案確實具有解決一些橫向變化的能力，但是精度近表面時具有高分辨率和高精度，然而隨深度加深(至勘測范圍的極限)分辨率和精度變差。因此，方案中報告參數(shù)空間、不確定度和分辨率非常重要。除了Vs曲線外，還能從表面波數(shù)據(jù)中通過耦合分析和反演來評估固有衰減(例如損耗因子),但使用較少。需補充說明的是，關于巖土工程現(xiàn)場勘察中分層和質(zhì)量密度等先驗信息，很有助于提高表面波反演的可靠性。以下孔法測量、更好的S-CPT和幾個表面波勘測剖面的組合測量來覆蓋整個現(xiàn)場通常是最佳策略。表面波測量也是一種更局部的測定碎石、壓實砂礫、碎填石動態(tài)性能的有效方法。該方法特別適用于在壓實工作前后比較測量來記錄壓實效果。有關表面波數(shù)據(jù)采集、處理和反演的更多信息，見參考文獻[49]～[87]和[107]。6.5.3下孔(和上孔)測量——地震CPT(S-CPT)下孔測量僅使用一個鉆孔進行。振源通常放置在接近孔的地面上，地震傳感器被固定在孔壁上，如圖12a)所示。地震波到達時間記錄在與振源處觸發(fā)信號或在振源附近傳感器信號相關的傳感器中。通過將接收器向下(或向上)移動一個深度間隔并重復測量到達時間，即可通過公式(34)計算在該深度間隔上巖土材料平均垂直波速V:式中：。,a+1—分別是傳感器位置n和n+1的深度值，單位米(m);采集到達時間的方法與跨孔法測量相同(見6.5.4)。典型測量深度間隔為0.5m～1m。通過將傳感器連續(xù)向下(或向上)逐步移動并重復測量，建立巖土材料波速沿孔深的分布。下孔法測量的標準化程序參考ISO22476和ASTMD7400。作為這種逐步間隔測量程序的替代方案，可在鉆孔中使用一系列相等間隔的傳感器，這樣能對來自同一振源的不同深度記錄的信號進行更詳細和準確的分析。S波測量使用地面上的水平作用振源和水平地震傳感器。最常見的是一種沖擊振源，其形式是將木板或棒子用靜荷載壓在地上，然后用錘子錘擊端部。通過撞擊另一端，產(chǎn)生具有相反極性的波。產(chǎn)生的波是垂直傳播和水平極化。或者可使用激振器。如果從振源到鉆孔的距離與測量深度相比不能忽GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015略，則需要對傾斜的波傳播路徑進行修正。大地動態(tài)性能中的各向異性能通過將振源和接收器的方向圍繞垂直軸轉動90°并且重復測量進行量化。P波能通過使用垂直振源和垂直傳感器進行測量。下孔法適用于土和巖石中。在松散土中，鉆孔需要套管，優(yōu)選塑料管。在其他條件下，可能需要回填材料來確保套管和周圍土適當?shù)鸟詈?。上孔法對相同設備做了改變，其中振源被固定在鉆孔中，傳感器在地面上，如圖12b)所示。在此設備中，垂直運行的振源產(chǎn)生P波。為了產(chǎn)生S波，像跨孔法中所描述的旋轉振源的方式是唯一選擇。單傳感器下孔或上孔測量精度不夠，因為其依賴不一定重復的觸發(fā)信號。用下孔和上孔法測量P波由于土體與鉆孔套管無意的交互作用而可能不可靠。a)下孔測試原理a)下孔測試原理d)上孔測試設備d)上孔測試設備2——接收器(用于下孔測量設置包括氣動固定裝置);圖12下孔和上孔測試裝置GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015實際應用中地震CPT裝置(S-CPT)最適用于下孔測量。在軟土中高效的下孔測量不需要預鉆孔，非常適合在軌道系統(tǒng)的地面誘導結構噪聲和地傳振動中應用。該裝置由傳統(tǒng)的CPT錐體組成，帶有安裝在摩擦套管尖端裝置內(nèi)的水平地震檢波器或加速度計形式的地震傳感器，如圖13所示。更多細節(jié)見況下跟蹤偏差，如6.5.4所述。測量遵循的間隔程序與常規(guī)下孔測量所述的完全相同，并且能在同一過程中與巖土CPT探測相結合。為在每個規(guī)定的深度間隔進行地震測量，錐體穿透應短暫暫停，通常每個深度間隔為0.5m～1m。S-CPT最適合于通常能獲得足夠穿透的軟土到中等硬度土。在較硬土中，下孔S-CPT測量需要具有高頻地震信號和足夠高的采樣頻率，以獲得尖銳清晰的到達時程并減少穿透深度，這在下孔法中比在跨孔法中更重要。實際上，下孔測量和S-CPT測量的穿透深度限制在土中30m～60m。S-CPT裝置使用一個或兩個(或更多)傳感器。在兩個或多個傳感器設備中，地震傳上孔和下孔測量也能通過降入預鉆孔中的測井工具進行。測井工具在一定垂直間距處包含波源和接收器，如圖12d)所示。該技術采用碳氫化合物測井方法。測井工具通常沿鉆孔測量P波和S波波速，還可包含測量質(zhì)量密度、含水量、電阻率等的傳感器。該工具的各種版本稱為“垂直地震記錄儀”GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20155——錘；6——剪切波源；圖13地震CPT測試設備(地震圓錐貫入儀)傳統(tǒng)地震跨孔法測量使用兩個或更多鉆孔來測量孔間傳播波的大地動態(tài)性能?？缈追y量最簡單的形式是使用兩個平行垂直孔，一個用于脈沖地震能量源，一個用于地震接收器。通過將振源和接收器固定在每個孔中相同高度處，水平方向上的波速能根據(jù)孔之間的距離d,除以測得的從振源觸發(fā)信號到接收器之間通過時間△t(z)確定： (35)通過連續(xù)等高度間隔重復測量，能建立現(xiàn)場土體波速對深度的剖面圖。測量點的典型深度間隔為0.5m～lm。通過使用兩個以上的平行鉆孔可獲得更可靠和精確的測量值，見圖14a)。然后能根據(jù)相鄰孔到達GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015時間差來計算波傳播速度。這消除了觸發(fā)信號不確定性的誤差，也消除了振源和接收器與大地耦合可過目測在時域顯示中使用共同相位點來獲取到達時間，或通過使用互相關或交叉光譜(基于相位角)的方法來獲取。在ASTMD4428/D4428M中介紹了跨孔法測量的標準化程序。需要預先鉆孔。由于確定的波速對鉆孔間距不確定性很敏感，所以對深度超過20m的典型孔可能需跨孔法能適用于P波和S波測量。對于純P波測量，可在鉆孔充水地點使用小型爆炸源和水聽器然而這可能會由于水平向傳播S波產(chǎn)生水平偏振而出現(xiàn)旋轉振源。通過組合兩種振源，能測量巖土材料中的各向異性。使用極性反轉振源(如果是脈沖)有益于提取到達時間，如圖14b)實線和虛線所示。接收器可以是地震檢波器或加速度計，水平地沿徑向安裝用于P波測量，垂直徑向沿水平切線方向安裝用于S波測量。當應用連續(xù)貫入技術時，可使用SPT作為振源，并且可使用地震CPT裝置a)多孔設置b)時域案例說明：3——來自接收器R1的信號(高頻首次到達是P波信號，后來較低頻率到達是剪切波信號);5--—來自接收器R3的信號；——向上方的激勵；向下方的激勵。圖14跨孔法測量跨孔法在50m～80m典型深度能給出可靠的S波結果。對于爆炸源P波測量(巖石中),可能要進行更深地勘測。高頻振源信號和很高的采樣頻率是需要的，以避免近場效應并使到達時程更加尖銳波速準確可靠的方法。然而該方法確實依賴大地水平分層以及在鉆孔間距范圍內(nèi)橫向方向上性能基本GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015不變化的假設。該方法還能給出具有明顯水平速度反差的不穩(wěn)定的結果，因為最先到達的波可能不是然而該方法需要在周圍大地、鉆孔套管和傳感器之間進行高質(zhì)量的地震耦合。由于不得不與鉆孔之間采用高頻振源以減少近場區(qū)域范圍。意振源位置的到達波被大量沿著鉆孔布置的接收器記錄。通過記錄來自所有傳感器的到達波和沿著振的2D映射。關于層析成像測量的更多信息見參考文獻[38]。常規(guī)的地震折射測量通常在軌道系統(tǒng)現(xiàn)場的巖土工程地質(zhì)勘察的初始階段進行。然而在本部分因此這里不再贅述。該方法的說明能在ASTMD6429、參考文獻[18]和[20]中找到。然而傳統(tǒng)折射測量能提供有關土分層、地下水位和基巖位置的有用信息。該信息不僅對現(xiàn)場建立動態(tài)計算模型的幾何輸入是有用的，而且能為規(guī)劃大地動態(tài)參數(shù)的特定測量和表面波測量反演提供支持。折射測量給出現(xiàn)場巖土材料的P波波速，該波速能在噪聲和振動傳播研究中直接輸入。P波波速是不飽和土特別是巖石的重要動力學特性。P波反射測量通常不用于陸上淺地層。其使用目的是碳氫化合物或礦物勘探，目標深度能從幾百米到幾千米。近來有前途的發(fā)展。與P波折射和表面波反演相比，由于S波比P波波長更短，剪切波反射測量在地下成像、橫向變化和分層方面結果更優(yōu)異。過程基本遵循與常規(guī)P波反射測量相同的原理[87]。注意，表面波通常會干擾數(shù)據(jù)，除非在較柔軟地表上覆蓋較硬的界面(例如路振動方向和橫向記錄方向),從而阻止樂甫表面波的傳播。在說明中需要修正應力關系。這些原位方法的優(yōu)點是能夠在較高的動態(tài)應變下，在非線性彈性和非線性范圍內(nèi)測試材料。P94-110-2和參考文獻[17]),這在某些地區(qū)是常見的。最常見的裝置僅提供大地靜力參數(shù)，還有能確定大地的原位循環(huán)性質(zhì)的裝置。然而這些裝置設計用于在高應變水平下測量大地性能，并不適用于來自軌道系統(tǒng)的地面誘導結構噪聲和地傳振動。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015巖土材料的動態(tài)參數(shù)也可在實驗室從現(xiàn)場取回的試樣上測量。與原位試驗不同，在實驗室進行測試的主要優(yōu)點是實驗室設備提供更多可控條件。主要缺點是試樣的擾動和非代表性。巖土材料中彈性剪切波波速和膨脹波波速可在實驗室以及現(xiàn)場測量。在實驗室中這種測量的優(yōu)點是在各種限制應力條件、水分和飽和條件以及壓實度下測試相同材料的能力，各向異性的測量也更容易。實驗室測量的主要優(yōu)點是能夠控制動態(tài)載荷(循環(huán)應變)和應力，并對具有非線性彈性和純非線性行為的巖土材料進行測量，而原位測試是不可能的。實驗室測量也能更可靠和可控地測量低應變材料實驗室測量的主要缺點是測試試樣不一定代表現(xiàn)場原位條件下的巖土材料。這可能是由于在采樣和處理過程中獲取試樣的擾動，或者簡單地由一個或幾個微小的試樣可能不代表大量巖土材料整體性性彈性狀態(tài)下土的行為完全占主導地位。只有在路基的基床表層或軌道附近處，巖土材料才可能處于非線性彈性狀態(tài)。對于精心設計的軌道，材料不宜處于完全非線性狀態(tài)。因此宜重點關注低應變動態(tài)對取樣擾動不太敏感。仔細的取樣能從粘性物質(zhì)例如粘土中取回勉強不受干擾的試樣。與原位條件相比，輕微的干擾將傾向于降低Gm和Vs。對于非粘性材料，用于實驗室測試的試樣通常需要從重塑材料中重構。這些試樣的彈性特性可能偏離原位的數(shù)值。含有淤泥材料的重塑試樣結果可能特別偏離未受干擾的原位材實驗室測量巖石材料通常在完整巖石塊中鉆芯取出的試樣上進行。由于失去周圍連接的影響，該簡單剪切(DSS)[27],也可測量土試樣的Gmax。試裝置的頂蓋和底座中，向試樣突出約5mm,如圖15所示。通過向發(fā)射器發(fā)送電脈沖，產(chǎn)生剪切波脈進時間計算剪切波波速。傳播波的動態(tài)剪應變通常在遠低于10-3%范圍內(nèi)，明顯在土材料的線性彈性范圍內(nèi)。因此從波速導出剪切模量可明確衡量Gmx。但是，如果不能足夠精確地控制傳輸和接收脈沖的應變水平，測量將無法準確量化材料損耗因子。壓電彎曲元讀數(shù)是完全無損的，并在幾分之一秒內(nèi)完成。由于這些元件適合用于普通巖土測試裝GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015置，可在試樣的固結和破壞試驗任何階段重復讀取Vs。壓電彎曲元也可垂直安裝在試樣側面，以量化在各種應力條件下巖土材料的彈性各向異性。巖心試樣的P波和S波波速可通過單軸或三軸試驗裝置頂蓋和底座中的超聲波壓電陶瓷元件測情況下，但由于晶體與土之間非常大的阻抗對比，這種S波晶體不起作用。因此需要用壓電彎曲元來測量。圖15壓電彎曲元裝置6GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015d)壓電彎曲元裝置配置圖15(續(xù))測策略的補充。在共振柱試驗中，土試樣動態(tài)和循環(huán)剪切模量(與相應的剪切波波速)以及材料損耗因子能在線性應變的關系。在這種情況下，共振柱測試可用于分析列車速度接近或超過瑞利波波速時導致軌道和大地產(chǎn)生過大振動和高應變的情況。共振柱試驗基本原理是將圓柱形土試樣調(diào)諧為扭轉共振。從共振頻率和試樣尺寸、質(zhì)量能反算動態(tài)剪切模量。通過在共振頻率附近掃頻得到半功率帶寬，或者共振關閉激勵后扭轉振動衰減的對數(shù)衰大多數(shù)可用的共振柱裝置基于一種三軸單元，其中圓柱形試樣固定在底部基座處并密封在薄橡膠a)Stokoe裝置具有四個翼的星形板連接到試樣的頂部。該板安裝加速度計(以及鄰近探針)以監(jiān)測其扭轉運動，并且永磁體接到每個翼末端。磁體與固定在單元框架上的電線圈相適應。AC電流通過線圈，產(chǎn)生振蕩力矩傳遞到試樣，頻率、旋轉振幅以及剪應變能控制。在該裝置驅(qū)動磁體和線圈，具有明顯的扭轉慣性質(zhì)量。質(zhì)量慣性用來平衡轉移到試樣頂部的振蕩扭矩。振蕩頭能傳遞軸向載荷，因此試樣能被固結為各向異性，如果不是太強能加載到破壞。由于振蕩頭本身是一個動力系統(tǒng)，因此需要解釋測試所需的動態(tài)模型。所以Hardin設備比Stokoe設備更為復雜。共振柱測試在ASTMD4015中有進一步描述。大多數(shù)實心圓柱形試樣用于共振柱測試。由扭轉引起的剪應變在橫截面上不是恒定的，外邊緣為最大值，中心線為零。因此，試驗結果中通常取試樣0.8倍半徑處作為典型剪應變(見ASTMD4015)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015在軌道系統(tǒng)的地面誘導結構噪聲和地傳振動相關應用中不是必須的。共振柱測試中剪應變能很容易地達到10-?%,甚至下降到10-5%(Hardin裝置),因此可獲得極好的線性彈性狀態(tài)。更高應變能輕易達到10-2%,特別是可在扭轉剪切模態(tài)下運行的Stokoe裝置，對于較軟土甚至可能接近10-1%。因此可獲得整個非線性彈性狀態(tài)的完整覆蓋。對于超過10-2%的應變，能達到真正非線性狀態(tài)。在這里土性能逐漸降低。這需要跟蹤所應用的負載周期數(shù)。循環(huán)應變使土材料進入非線性，可退化性能對來自軌道系統(tǒng)的地面誘導結構噪聲和地傳振動通常置。這些裝置通常用于提供海浪載荷和地震荷載設計所需的土數(shù)據(jù)。試樣沒有發(fā)生任何共振振蕩。循環(huán)應力或應變直接施加于試樣上。由于這個原因，實際上對應力或應變能加多大沒有限制。限制在于如何以可控的方式施加小的應變并準確測量。伺服控制加載系統(tǒng)的最新發(fā)展和直接作用在試樣上的內(nèi)部變形測量已使限制逐漸減小。低至10-1%的可靠測試對現(xiàn)代專用設備而言毫無問題。通過特別微調(diào)的設備和仔細的測試，可以達到約2×10-2%甚至10-2%。以前共振柱測試可以覆蓋的循環(huán)應變范圍的上限與循環(huán)試驗覆蓋的應變范圍的下限(三軸和直接簡單剪切)之間有差距。由于最近改進的高分辨率變形測量和更好的測試裝置，這個差距現(xiàn)在即將消失。關于土循環(huán)測試的更多細節(jié)見參考文獻[19]。循環(huán)測試裝置通常在典型海浪或地震頻率下工作，即在0.17大地參數(shù)確定策略在基礎設施或建筑開發(fā)項目中，處理地面誘導結構噪聲和地傳振動問題所需的大地動態(tài)性能的詳細和準確程度需取決于項目開發(fā)的階段、項目規(guī)模以及振動和噪聲的嚴酷度。用于參數(shù)估算的粗略篩選方法在規(guī)劃階段就足夠了，而在大型復雜項目的最終設計階段可能需要大量專項測量工作。動態(tài)參數(shù)測量或確定方法的選擇應相應調(diào)整。近淺埋隧道線路時。在軌道系統(tǒng)項目的規(guī)劃階段，可從場地地質(zhì)學的基礎知識結合大地指標參數(shù)使用經(jīng)驗來足夠準確地估算巖土材料動態(tài)性能。這些指標參數(shù)將很容易從現(xiàn)場必要的一般