剪切波速检层法原理及应用讲义

剪切波速检层法原理及应用剪切波速检层法原理与应用--目录第一章单孔波速测试的原理及用途第二章剪切波现场测试方法第三章单孔波速测试的软件操作第一章单孔波速测试的原理及用途第一节单孔波速测试的基本原理第二节剪切波速结果的用途第一章单孔波速测试的原理及用途第一章单孔波速测试的原理及用途

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。第一节单孔波速测试的基本原理单孔波速测试的基本原理第一章单孔波速测试的原理及用途场地土层类别的评价地震小区的划分场地液化的判断场地土层动弹性模量的计算第二节剪切波速结果的用途剪切波速结果的用途第一章单孔波速测试的原理及用途场地土层类别的评价：剪切波速结果的用途—场地土层类别的评价浅层岩土分类名称平均剪切波速范围（m/s）坚硬土中硬土中软土软弱土Vm>500500>Vm>250250>Vm>140Vm<140场地土分类的平均剪切波速范围对于软弱土场地，需改良处理，处理前后对场地土层剪切波速进行测量对比，可评价改良处理的结果。第二章剪切波现场测试方法第一节剪切波的测试设备第二节剪切波的测试方法第三节现场测试注意事项第四节剪切波测试资料的整理第五节分析软件界面介绍第二章剪切波现场测试方法第二章剪切波现场测试方法1、振源2、信号接收换能器3、仪器设备第一节剪切波的测试设备剪切波的测试设备第二章剪切波现场测试方法1、振源：剪切波的测试设备—振源振源的特点

常用振源的介绍第二章剪切波现场测试方法（1）振源的特点：剪切波的测试设备—振源激发出的优势波为SH和SV波

具有可重复性和可反向性第二章剪切切波现场测试试方法（2）常用振振源的介绍：：剪切波的测试试设备—振源源单孔法波速测测试采用的振振源很多，如如：爆破、空空气压缩枪、、弹簧式S波波激发装置、、火箭筒等等等。但在一般般的场地剪切切波速测试中中最常用的是是敲击板激振振源。第二章剪切切波现场测试试方法敲击板激振源源：剪切波的测试试设备—敲击击板激振源将一块弹性好好的木板（木木板长约2米米，宽约0.4—0.5米，厚约0.1米）受受锤击的两头头包上铁板，，放在平整的的地面上，上上面压上重物物，使木板与与地面紧密接接触，然后敲敲击木板两侧侧，这样木板板就给地面一一个水平冲击击力，激起土土层的剪切振振动。激发的的振动主要为为SH波。第二章剪切切波现场测试试方法敲击板激振源源：剪切波的测试试设备—敲击击板激振源在敲击冲量一一定的条件下下，激发的SH波振幅随随木板上重物物重量的增大大而增大，但但超过一定值值后影响会有有所减少；长长板效果比短短板好；板与与地面的接触触条件对激振振效果影响较较明显，板底底钉有钉齿、、地面上泼水水或水泥浆以以增大木板与与地面接触的的紧密程度可可改善激振效效果。第二章剪切切波现场测试试方法2、信号接收收换能器：剪切波的测试试设备—信号号接收换能器器信号接收换能能器的特点常用信号接收收换能器的介介绍第二章剪切切波现场测试试方法（1）信号接接收换能器的的特点：剪切波的测试试设备—信号号接收换能器器为速度型检波波器，有三个个分量，一个个垂直，两个个水平。三个个分量互相垂垂直，其中两两个水平分量量在一个平面面内相互夹角角为90°。。这样的夹角角可以保证检检波器放在孔孔中任意地方方，总有一个个检波器与剪剪切波信号的的方向小于或或等于45°°，以达到采采集波形良好好的效果。（2）常用信信号接收换能能器的介绍：：气囊式井中三三分量检波器器杠杆式井中三三分量检波器器第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—信号号接收换能器器①气囊式井井中三分量检检波器：通过充气管给给气囊充气使使检波器与钻钻孔壁紧密接接触藕合，藕藕合情况的好好坏，对采集集波形的影响响很大。采用用这种检波器器可以任意选选择是从钻孔孔底往钻孔口口测试还是从从钻孔口往钻钻孔底测试。。第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—信号号接收换能器器②杠杆式井井中三分量检检波器：通过电池给电电磁铁通电吸吸合杠杆，将将检波器放入入钻孔中，断断开电池使杠杠杆弹开与钻钻孔壁紧密接接触藕合。由由于断开电池池后无法将杠杠杆再次吸合合，因此采用用这种检波器器只能选择从从钻孔底往钻钻孔口测试。。第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—信号号接收换能器器3、仪器设备备——RSM系列产品：：第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—仪器器设备RSM系列产品技术术指标RSM—24FD浮点工程动测测仪第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—仪器器设备（1）RSM系列产品技技术指标：4道独立瞬时浮浮点24位A/D采样间隔：10—65536微秒最大增益为25600倍倍第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—仪器器设备（2）RSM—24FD浮点工程动动测仪：分体机一体机分体机：第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—仪器器设备一体机：第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试设备—仪器器设备第二章剪切切波现场测试试方法1、钻孔的的情况2、振源的的放置3、检波器器的放置4、仪器的的连接5、信号的的采集第二节剪剪切波的测试试方法剪切波的测试试方法第二章剪切切波现场测试试方法1、钻孔的情情况：剪切波的测试试方法—钻孔孔的情况钻孔附近地面面应尽可能平平整，钻孔时时应尽量减少少孔壁土扰动动，待测孔钻钻到预定深度度时，如地层层软弱应下套套管护壁，套套管与孔壁间间应用灌浆和和填砂法处理理。第二章剪切切波现场测试试方法2、振源的放放置：剪切波的测试试方法—振源源的放置用敲板法做振振源时，在距距孔口1—3米处放置长长度2—3米米的木板应与与地面贴紧，，上压500Kg左右的的重物以防木木板的滑移，，木板的中垂垂线应通过孔孔口，用锤沿沿板纵轴从两两个相反方向向水平敲击板板端，产生水水平剪切波。。当板中心的的高程与孔口口相差较大时时，应量测并并记录下来以以便做修正之之用。第二章剪切切波现场测试试方法3、检波器的的放置：剪切波的测试试方法—检波波器的放置当井中三分量量检波器在孔孔内不同深度度处接收剪切切波时，应将将其固定在孔孔壁上。当使使用检波器作作触发信号时时，记时触发发检波器应置置于木板中心心。第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试方法—仪器器的连接4、仪器的连连接：气囊式井中三三分量检波器器的连接杠杆式井中三三分量检波器器的连接（1）气囊式式井中三分量量检波器的连连接：第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试方法—仪器器的连接（2）杠杆式式井中三分量量检波器的连连接：第二章剪切切波现场测试试方法剪切波的测试试方法—仪器器的连接通电吸合杠杆杆检波器与仪器器连接第二章剪切切波现场测试试方法5、信号的采采集：剪切波的测试试方法—信号号的采集测点间距的选选择剪切波波形的的取得测试时，应使使相邻两测点点间的时差大大于记录上的的可读精度。。对于土层一一般以每隔1—2米布置置一个测点为为宜，并宜自自下而上按预预定深度进行行测试。当有有较薄夹层时时，应适当调调整，使得薄薄夹层中至少少布置两个测测点。第二章剪切切波现场测试试方法（1）测点间间距的选择：：剪切波的测试试方法—信号号的采集第二章剪切切波现场测试试方法（2）剪切波波波形的取得得：剪切波的测试试方法—信号号的采集测试时，应将将井中三分量量检波器固定定在预定深度度，沿木板纵纵轴方向分别别敲击其两端端，记录极性性相反的两组组剪切波波形形。第二章剪切切波现场测试试方法为获得高质量量的波形记录录，测试前应应调整好仪器器设备，保证证各设备可靠靠连接。另外外，现场要注注意以下的问问题。第三节现场测试试注意事项现场测试注意事项项第二章剪切波现现场测试方法1、作为振源的木木板应选用弹性和和韧性均好的木板板，不宜用铁板或或水泥板。木板锤锤击的两头可包上上铁皮，或用一块块比木板截面稍大大的铁板垫在木板板两头以便多次使使用。现场测试注意事项项第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项2、井孔应与木板板长轴线垂直，即即井孔到木板两头头的距离应相等，，这是保证木板两两面敲击后，剪切切波恰好反向的一一个基础。孔源距距应是井孔到木板板中心的垂直距离离。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项3、木板与表土层层藕合的好坏直接接关系波形采集的的好坏。现场可在在选定放木板的地地方撒一层砂子，，放上木板来回磨磨动，然后拿开木木板，藕合好坏一一目了然，在有空空缺处再撒砂子，，反复数次可达最最佳效果。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项4、现场可将汽车车直接压在木板上上。无汽车可用重重物。重物的重量量应保证锤击时没没有大的位移，另另外重物应尽可能能在木板上均匀分分配。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项5、测剪切波时，，锤击力要尽量保保持水平。锤击要要干净利索，避免免二次或多次击打打。6、每次放下或提提升换能器到一个个新深度应保留十十几秒钟后再测，，这样可避免泥浆浆扰动干扰。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项7、在换能器上要要配接吃力拉绳。。根据经验，最好好是细钢丝绳，细细钢丝绳伸缩性小小，抗拉性强，不不宜缠绕。8、测有泥浆护壁壁的钻孔，最好从从孔底测起，避免免因泥浆沉淀引起起卡换能器和测量量深度不够情况。。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项9、剪切波不能在在水中传播，但根根据实测经验，在在有浓泥浆护壁的的钻孔中，可以在在换能器不与钻孔孔壁紧密接触的情情况下测得很好的的S波震相，为测测量提供了方便。。另外泥浆浓可以以减少塌孔的可能能性。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项10、测有套管的的钻孔，要避免钢钢丝绳与套管直接接接触。11、测量时如遇遇塌孔卡换能器，，在人力拉不动的的情况下，最好将将钻机用不带钻头头的钻杆放到合适适深度，用冲洗的的方法慢慢的提升升，这样可保住换换能器。第二章剪切波现现场测试方法现场测试注意事项项12、在用气囊式式换能器时，用高高压气筒慢慢打气气，打一下停一下下，看是否已藕合合，如提不动，则则藕合好。切忌连连续打气，将气囊囊胀破。第二章剪切波现现场测试方法1、剪切波震相相确认2、剪切波速的的计算方法第四节剪切波波测试资料的整理理剪切波测试资料的的整理第二章剪切波现现场测试方法1、剪切波震相确确认：剪切波测试资料的的整理—剪切波震震相确认波形记录的现场识识别波形的室内判读第二章剪切波现现场测试方法（1）波形记录的的现场识别：剪切波测试资料的的整理—剪切波震震相确认现场采集的波形一一般由三部分组成成：第一部分是从零时时开始至直达波能能量的到达，其信信号除受外部干扰扰出现毛刺外，基基本上是一条接近近于直线的平稳段段；第二部分从波的第第一个初至起到第第二个初至止，此此段属于P波段，，振幅小，频率高高；第三部分是以S波波为主的部分，振振幅大，频率低。。第二章剪切波现现场测试方法（2）波形的室内内判读：剪切波测试资料的的整理—剪切波震震相确认室内判读主要是精精确地判读出第一一个S波到达的时时间。对不同方向向激振所记录下来来的波形图，根据据正反向激发S波波极性相反的特点点，确定S波的初初至，并以触发信信号的起点为零时时刻，读取第一个个剪切波到达的时时刻。如下图中的的ts所示。第二章剪切波现现场测试方法剪切波测试资料的的整理—剪切波震震相确认ts横波走时触发信号零时刻S波初至时刻第二章剪切波现现场测试方法2、剪切波速的计计算方法：剪切波测试资料的的整理—剪切波速速的计算方法走时随斜距的校正正剪切波速计算第二章剪切波现现场测试方法剪切波测试资料的的整理—剪切波速速的计算方法（1）走时随斜距距的校正：当振源距孔口距离离较大时，应按下下列公式进行斜距距校正：T’：剪切波从孔孔口到达测点的时时间（s）T：剪切波从振源源到达测点的实测测时间（s）H：测点深度（m）H0：振源与孔口的高高差（m）L：从板中心到测测试孔的水平距离离（m）第二章剪切波现现场测试方法剪切波测试资料的的整理—剪切波速速的计算方法（2）剪切波速计计算：Vi=hi/(ticosαi—ti-1cosαi-1)Vi：第i层土的剪切切波速hi：第i层土的厚度度ticosαi：剪切波从孔口到达达第i层土底面的时间Ti-1cosαi-1：剪切波从孔口到达达第i层土顶面的时间第二章剪切波现现场测试方法1、主操作界面面2、参数设置界界面3、波形分析界界面4、波列打印界界面第五节分析软软件界面介绍分析软件界面介绍绍第二章剪切波现现场测试方法1、主操作界面：：分析软件界面介绍绍—主操作界面第二章剪切波现现场测试方法2、参数设置界面面：分析软件界面介绍绍—参数设置界面面第二章剪切波现现场测试方法3、波形分析界面面：分析软件界面介绍绍—波形分析界面面第二章剪切波现现场测试方法4、波列打印界面面：分析软件界面介绍绍—波列打印界面面第三章单孔波速速测试的软件操作作在开始检测之前必必须将振源放置稳稳定，井中三分量量检波器放入钻孔孔中，按上述方法法与仪器连接。下下面给出一个例子子来学习整个检测测过程的软件操作作，注意：以下只讲解了在检检测过程中常用的的功能，其他功能能及程序中出现的的参数请仔细阅读读软件操作说明书书，这里不一一详详细说明。第三章单孔波波速测试的软件操操作第三章单孔波速速测试的软件操作作主操作界面运行程序进入主操操作界面后，点击击“设置”按钮进进入参数设置界面面单击“设置”，进进入参数设置界面面第三章单孔波速速测试的软件操作作参数设置视数据记录录时间长短短，确定记记录长度及及采样间隔隔，采样间间隔一般取取值范围（（100——200μs），总记录录时间长短短=记录长长度×采样样间隔输入工地名名称、钻孔孔编号、测测试单位、、测试人员员仪器与笔记记本电脑通通讯速率仪器与笔记记本电脑通通讯口设置置，视电脑脑串口设置置而定，有有COM1-6供选选第三章单单孔波速测测试的软件件操作参数设置选“√”为为XY方向向仅显示剪剪切波形，，Z方向仅仅显示压缩缩波形选择计算方方式指定传感器器连接的仪仪器通道序序号、传感感器类型、、方向。视视信号强弱弱选择是否否放大100倍。视接收传感感器与发射射点距离的的远近，调调整延迟以以减少无效效信号的记记录。选择打印内内容，打““√”为打打印输入孔口高高度、孔深深、始测孔孔深、每次次测点之间间的移动距距离第三章单单孔波速测测试的软件件操作参数设置打“√”为为对Vp进进行判读和和打印输入振源到到孔口的垂垂直距离、、水平距离离输入一个比比剪切波到到达最深测测点时间稍稍长的时间间。第三章单单孔波速测测试的软件件操作参数设置单击“确定定”，进入入主操作界界面。输入地质分分层资料，，若“无””请选择““无”；若若“有”请请进入按另一种方方式操作。。第三章单单孔波速测测试的软件件操作信号采集将井中三分分量检波器器放入钻孔孔最深处，，并与钻孔孔壁紧密接接触藕合。。记时触发检检波器应置置于木板中中心。第三章单单孔波速测测试的软件件操作正剪信号采采集屏幕出现““正剪采样样”彩色滚滚动条，仪仪器进入等等待采样状状态，此时时仪器采样样指示灯为为黄色。单击正剪第三章单单孔波速测测试的软件件操作正剪采集信信号显示选择木板一一边为正剪剪敲击方向向敲击木板板，等仪器器采样指示示灯变为红红色，信号号采集完成成，正剪信信号将显示示在屏幕上上。第三章单单孔波速测测试的软件件操作反剪信号采采集屏幕出现““反剪采样样”彩色滚滚动条，仪仪器进入等等待采样状状态，此时时仪器采样样指示灯为为黄色。单击反剪第三章单单孔波速测测试的软件件操作反剪采集信信号显示选择木板另另一边为反反剪敲击方方向敲击木木板，等仪仪器采样指指示灯变为为红色，信信号采集完完成，反剪剪信号将显显示在屏幕幕上。第三章单单孔波速测测试的软件件操作压缩信号采采集屏幕出现““压缩采样样”彩色滚滚动条，仪仪器进入等等待采样状状态，此时时仪器采样样指示灯为为黄色。单击压缩第三章单单孔波速测测试的软件件操作压缩采集信信号显示选择木板面面中心为压压缩敲击方方向敲击木木板，等仪仪器采样指指示灯变为为红色，信信号采集完完成，压缩缩信号将显显示在屏幕幕上。第三章单单孔波速测测试的软件件操作信号采集若仅作剪切切波的测试试，可省略略“压缩””的信号采采集。若正、反剪剪信号采集集不正确，，可按上面面“正剪、、反剪信号号采集”的的操作，重重新进行信信号采集。第三章单单孔波速测测试的软件件操作信号采集若采集信号号受噪声干干扰较大时时，可通过过信号叠加加的操作进进行信号处处理。单击叠加选择“正剪剪”“反反剪”““压缩”第三章单单孔波速测测试的软件件操作波形存储此时第一点点剪切波信信号采集完完成。移动鼠标，，点击右键键确定横波波初致时刻刻点击“新存存”第三章单单孔波速测测试的软件件操作波形存储此时已完成成该孔第一一个测点的的现场测试试。移动井井中三分量量检波器到到下一个测测点，按以上步骤骤对此测点点进行“正正剪”、““反剪”、、“压缩””检测。选择存储位位置键入文件名名称选择存储类类型单击“保存存”，返回回主操作界界面第三章单单孔波速测测试的软件件操作信号采集及及存储按以上步骤骤对此测点点进行“正正剪”、““反剪”、、“压缩””检测后，，确定横波波初至时间间，再点击击“续存””。此时程序自自动计算出出下一测点点的位置及及测点号，，也可以根根据实际情情况输入相相应的深度度位置第三章单单孔波速测测试的软件件操作按以上步骤骤对后续测测点进行““正剪”、、“反剪””、“压缩缩”检测，，确定横波波初至时间间，再点击击“续存””，直到此此钻孔测试试完毕。信号采集及及存储第三章单单孔波速测测试的软件件操作以上为将一一个钻孔的的所有数据据存储在一一个文件中中的方法，，若想将某某一测点采采集信号，，单独以一一个文件存存储，则选选择“单存存”。点击“单存存”信号采集及及存储第三章单单孔波速测测试的软件件操作波形存储此时已完成成该测点采采集信号的的单独存储储。选择存储位位置键入文件名名称选择存储类类型单击“保存存”，返回回主操作界界面第三章单单孔波速测测试的软件件操作现场采集注注意事项井中三分量量检波器紧紧密接触孔孔壁。检波器与仪仪器连接正正确。尽量减少外外界不必要要的干扰。。采集完数据据要存盘。。以上为现场场采集操作作，下面为为数据分析析操作。第三章单单孔波速测测试的软件件操作波形整理运行程序进进入主操作作界面后，，点击“打打开”按钮钮进入读取取数据界面面单击“打开开”，进入入读取数据据界面第三章单单孔波速测测试的软件件操作读取数据选择相应的的盘符和文文件夹选择文件名名单击“确定定”，完成成数据读取取第三章单单孔波速测测试的软件件操作原始信号显显示井中三分量量检波器中中水平检波波器接收剪剪切信号各测点横波波到时随深深度变化剖剖面图若采样长度度超过1K单击鼠标标左键压缩缩时间轴，，右键展开开时间轴井中三分量量检波器中中垂直检波波器接收压压缩信号第三章单单孔波速测测试的软件件操作原始信号显显示鼠标左键点点击浏览可可在波形窗窗口显示后后续各测点点的波形，，右键点击击浏览可在在波形窗口口显示前面面各测点的的波形单击“分析析”进入分分析处理界界面第三章单单孔波速测测试的软件件操作分析处理横波声时与与深度的剖剖面图、原原始波形图图、测点数数据、分层层结果为互互动窗口在此窗口点点击相应深深度，在左左面三窗口口中分别显显示最近测测点的原始始波形、判判断的横波波声时、所所处土层位位置通过选择““X、Y、、Z”及““压缩、剪剪切”在原原始波形窗窗口中显示示相应检波波器采集的的“压缩””或“剪切切”波形第三章单单孔波速测测试的软件件操作分析处理在此窗口移移动鼠标点点击右键验验证或修改改横波到时时，验证或或修改值在在测点数据据中显示对各测点横横波到时验验证或修改改后，点击击“存储””，则以““*.REP”文件件存储结果果数据，下下次读取数数据进入分分析界面点点击“读入入”即可读读取修改后后结果点击“判读读波速”第三章单单孔波速测测试的软件件操作波速判读若无土层，，在此窗口口中按着鼠鼠标右键，，从孔口向向下移动鼠鼠标，直到到到达一层层土的界面面处，松开开鼠标右键键，使这层层土内各测测点的时间间均匀分布布在所画直直线的两侧侧，依次画画取后续各各土层直线线，各直线线斜率为各各土层剪切切波速，显显示在分层层结果中。。若有土层层，进入。各土层剪切切波速显示示采用汉字输输入法可在在相应的位位置输入土土层名称若在设置窗窗口中选择择按测点计计算方式，，则显示如如下：进入。第三章单单孔波波速测试试的软件件操作结果显示示及打印印移动鼠标标至速度度坐标轴轴处，双双击左键键，以下下两图可可以互换换显示点击“打打印”，，输出相相应结果果第三章单单孔波波速测试试的