岩土工程勘察 4.9 波速测试

1、波速测试，一，波速测试2，交叉孔波速测试3，面波速度测试4，反射波速度测试5，工程中的波速测试，一，波速测试，钻孔过程中地面速度测量方法之一是目前高层建筑岩土工程调查中最常用的方法。1.基本原理探测层法利用直接波的原理，首先根据调查深度要求将钻机打成孔，然后将钻孔放在预定的测试点(也可以通过静态渗透装置，用三分量波速度探针挤压人的土壤)，同时在孔中放置振动圆盘，测量波从孔的振动源移动到孔的探测器所需的时间。也就是说，通过计算波从振源传播到探测器的距离l，可以得到波传播到土壤的速度。测试设备，图4-55附着井三向检测器图4-56压力速度探测器，PVT型压力入射速度探测器， PVT型探测芯为三分量

2、检测器(1-垂直2-水平)自振频率10HZ，灵敏度 0.3v与静态10cm2或15cm2单桥和双桥探针结合，可以一次获得静态和速度数据。(1)根据测试要求确定孔深度和测试点，首先生成良好的孔(或压力速度探针)。(2)也按照4.9.4埋设了孔检测器，并在底部下方中央安装了位置检测器，检测器轴和板轴一致(板敲击振动波时接收到振动源的信号)。将此与钻孔的探测器收到的信号进行比较，可以找到时差)。然后要压木板将木板要求紧贴地面，平整地面，除去l厘米厚的厚沙子，从板中压出400公斤左右的重物。当铁锤水平敲击时(见图4.9.6)，板端在地面滑动，但由于摩擦阻力防止板滑动，板产生土层表面的剪切变形，由于弹性

3、反力的作用，板在平衡位置附近前后振动，产生土层表面的正负剪切变形。因为粒子相互连接，变形扩展并传递到其他土壤粒子，形成剪切波。由于板和地面水平接触，因此这种波是水平剪切波-sh波，其传播方向向下，粒子移动方向垂直。3 .测试方法，图4-59孔端口布局，图4-60激励板的波传播度图4-61检查层波速测试，测试方法，(3)将钻孔探测器慢慢放入钻孔内。下降到预定的深度。在洞里充气煤气罐，使探测器固定在某个点；(4)调试所有试验机，检查正常运行。(5)敲打木板，同时启动自动记录器，记录振动波形。敲打板时，在力均匀的同时，尽可能地水平敲打，在板的两端多次敲击，记录每一端至少3个波形。测量点6波形，便于分

4、析。测量点的放置通常取决于两种情况：一种是预先了解地层，可以按地层划分，可以在层的顶部和底部放置测量点；另一种是不了解可能具有2-3m以上测量点的地层数据。上述方法也称为以下孔方法(down-hole):也就是说，孔振动，从孔接收。您也可以使用向上孔法(up-hole)来接收孔下的女人、孔嘴。例如，通过使用图4.9.7所示的穿透测试作为基于孔的振动源，可以同时执行孔记录波形。压力入射波速度探针，振动源-激励板，压力波速度探针，打击乐器端，4 .数据整理、(1)波形分析和识别波形识别的目的是确定到达剪切波的准确位置。在外部干扰和打击乐器中，由于在此板内发生的压缩波的地下折射，实际波形记录通常是剪

5、切波和压缩波相结合的记录，因此在剪切波识别方面存在很大困难。但是可以根据剪切波和压缩波的其他特征来区分。通常，可以通过以下两种方式区分它们：1)根据速度，压缩波快，剪切波慢。压缩波总是先到达，剪切波后到达。2)压缩波根据波特性传递较少的能量，因此波峰较小。剪切波传递的能量大，峰值高。两个波的频率不一致。剪切波到达后，波形曲线发生突变，以后转换为剪切波波形。如图4-62所示。图4-63浅波形记录，图4-62波形记录，图4-62波形记录图4-63浅波形记录，如图4-62所示，压缩波彼此更硬、频率高，剪切波频率低。压缩波的记录长度取决于测量点的深度，测量点越深，离振动源越远。压缩波的记录长度会变长。

6、图4-63的波形记录在孔的1.05米深度，箭头指示是记录长度短得多的压缩波。记录孔后，波形图中不显示压缩波。测量点深度超过20米时，由于相对快速的压缩波能量衰减，一般仪器有时无法测量压缩波波形，记录的波形只有剪切文件，因此更容易识别。图4-64具有叠加干扰波的波形记录，图4-65相位相反波形记录，图4-64，65，识别上述典型波形。但是，在测试过程中，由于各种原因，往往得到扭曲的波形，不仅严重，甚至无法确认。波形失真主要是由外界干扰、地层岩石学分裂、仪器操作异常等原因引起的。如果干涉不严重，可以使用分解方法识别。在图4-64中，当波未到达时，记录中存在干扰波，压缩波和剪切波依次到达时，叠加在干

7、扰波上，成为与原始干扰波不同形式的合成波形。用铅笔勾画干涉波形，可以找到叠加在上面的压缩波和剪切波。对于这种扭曲波形，还可以通过相位比较方法确认。测试时，敲这里的板的一端，然后敲另一端，朝相反的方向，如图4-65所示测量的波形的相位完全相反。如图所示，比较这两个波形记录，在记录纸上排列振动时间信号，找到相位差180度的最大的两个峰和山谷是剪切波到达位置。如果干扰严重，有效波都被遮住了，就不能鉴别。(2)波速与计算1)浅(5米以下)时平均波速计算，图4-66浅时间波移动，3)测量点之间土壤波速计算，图4-68波速测试综合结果图，图4-68，(3)常规，第二，交叉孔波速度测试1。基本原理，交叉孔法

8、也称为交叉孔波法。使用两个或多个钻孔。一个是发射孔，另一个是接收孔。来自发射孔内部振动源的波通过两个孔之间的土壤层传播到接收孔(见图4.9.15)，计算孔内探测器接收到波后进行波的时间，就可以求出波的速度。V=L/t特别适用于具有现有下动力参数的补充，因为交叉孔方式的两个孔之间可以有一定距离。图4-69交叉孔速度测试图，图4-69，(1)交叉孔速度测试的振动源类型交叉孔速度测试方法的基本保留特征主要是直接接收剪切波。过去地震勘探中谈的直达波主要是指利用爆炸震中向各方面传播的体波。你知道，任何来源都会产生复合波。剪切波是压缩波的后续波，经常被其他波干扰和遮挡，因此识别第一个剪切波到达时间往往更困

9、难，因此，必须产生具有丰富振动源的剪切波成分，并抑制压缩波的成分。使用适当的激发和接收方法，第一波剪切波的到达仍然可以区分。振源通常指两种类型：爆炸源(包括炸药爆炸、高压电火花、气枪等)和机器振源(包括锤、标准渗透测试装置、地下剪切波锤)。2 .仪器设备，图4-70振动波射线图，图4-70振动波射线图，图4-70所示，重物垂直落下，冲击钻杆(或直接冲击钻杆)将钻杆传入孔底o点，使p波和s波波动，这些波产生作用力本身的不完全对称，使波没有球形对称插图中的两个虚线圆表示p波射线方向。也就是说，p波分量较高或较低，在震动点附近r波分量特别强。图中的两个实心圆表示SV波射线图。说明SV波组件在水平方向

10、上最强。跨孔波速测试是在水平万向方向上与励磁点相距一定距离的其他两个钻头的相同深度。例如：安装m，n点三分量检测仪可以接收能量丰富的SV波。这个振动装置便于携带，易于操作，几乎所有的能量集中在一个轴上，并将大部分能量转换为剪切能量，从而产生丰富的s波成分。主要缺点是能有限地使用能量，但与信号增强地震仪或倍率高的放大器一起使用时，能量足够。图4-71地下剪切波锤结构图1膨胀液体管；2收缩液体管；3上部活动质量块；4活动滑块；5井下锤固定部分；6井下锤扩张板；7活动质量块，图4-71地下剪切波锤结构图，岩石和更坚硬的土壤中的交叉孔波速度测试-图4-71所示的地下剪切波锤。这个装置由一个固定的汽缸和

11、一个滑动锤组成。将设备放置在孔内特定深度时，通过底部的液压装置将气缸紧贴轴壁，然后向上拉起连接在锤顶部的钢丝绳。活动锤撞击固定圆柱，使圆柱和孔壁发生剪切振动。松开钢丝绳，用滑动锤自由落体冲击固定圆柱。剪切振动也发生。由于震源的作用力方向发生变化，接收的s波在1 1阶相位差180度之间，因此最好了解s波的1 2阶左右。测量了一点后，同样通过地面液压装置再次收缩四个活塞，然后放到另一个深度点，继续实验。图4-72记录曲线，图4-72，在岩石中交叉孔波速测试，有时使用爆炸源，但简单地面的爆炸很少产生实际剪切波，此时波的组合很复杂，更难解释。有时，使用定向爆破源(如在屋脊一侧的金属板上放炸药)也会有好

12、的结果。炸药量太大，可能会向各个方向波动，因此常用小型炸药。如果锤的重量在不满足的远距离测量范围内，并且波足够长，可以从波中分离，则可以使用爆炸源。另外，还介绍了各种旋转震源和连续振动器，但这种装置不方便。国内还没有单位。我国水电科学研究院天津津津津研究所在一处第四系进行专业波速度测试时比较了两种震源效果，结果表明，爆炸震源的p波扰动较大，难以分辨s波的初波，建议采用机械震中。(2)接收器、放大器和记录仪，两种震动源产生任何一种震动源的复合波。在进行交叉空波速度测试时，必须同时查看垂直分量记录和两个水平分量记录才能更好地判断，所以一台都使用三分量检测器检测波的到来。这种三分量探测器被固定在没有

13、签证的圆形管上，并以相互垂直(即x，y，z)的方向密封。如果将三分量检测器放在孔内，则一个垂直检测器与钻头轴平行，另两个检测器与钻头轴垂直，在测试点使用安全气囊装置将三分量检测器的外壳拧紧到孔壁上。我国目前使用的探测器的固有频率为27Hz，可以反应到数百Hz，而一般机械振动源产生的s波频率约为70 1 130Hz。探测器本身固有频率高，方向性不太敏感，因此三分量探测器通常不会确定在地下任何地方都能接收s波和p波的方向。记录装置主要使用多道工程地震仪。特别是信号增强工程地震仪，可以将微振动信号存储在数字内存中，并在示波器上显示存储的信息。锤子重复的时候。持续的信号在数字内存中增加，随机背景噪声信

14、号趋于抵消，有用的信号不断提高，可以用较少的震源能量测试远距离。与此同时，该仪器还配备了极性反转开关，以便现场直接区分p波和s波。另外，部分国产打桩仪器也具有波速测试功能。使用国产机构经济，订货和修理都比较方便。(4)试验方法(目前主要分为两类，1)一次成孔试验方法的主要特点是以预定设计深度进行一次成孔，以进行交孔地震波速度测试。然后将内径为80，85的塑料套管向下移动到距孔底部2米左右的深度，然后在套管和孔壁之间的圆形缝隙中灌浆，继续充电，直到钻孔。在灌浆变硬(通常一周)之前，可以测试套管壁是否紧贴在周围土土上，以便顺利藕合。首先，将边缘一个孔用作振动圆孔，将井下剪切波锤放入试验深度，然后漂

15、浮液压装置，将井下锤牢牢固定在此位置。同时，在其他几个钻孔中，在同一高度放入三分量探测器，立即膨胀，将三分量探测器固定在这个位置。然后，将连接到地下剪切波锤的钢丝绳向上拉，撞击圆柱，产生振动，放置在多个孔中的三分量探测器检测s波。在这种现场测试方法中，一次钻好放置接收器的多个钻头，然后放下套筒。作为振动源的孔可以在钻孔的同时测试。该方法主要用于将标准渗透测试装置用作振动源。分段钻孔，分段测试方法该方法主要用于深度不大的第四系土的跨孔波速测试。这种方法主要是为了减少下套管和注浆等复杂技术。也可以排除测试聚合问题。通常，三个钻头同时钻孔，常用泥浆钻孔减少应力松弛和挤压引起的孔壁扰动。钻孔到预定深度

16、(测量点距离一般为l 1 2m米)时，提出钻孔，将襟翼式托举器送至预定深度，先进入土气30厘米，然后将三分量检测仪放入其他两种钻头的同一层，与土体紧密配合。但在要求钻孔后，孔底的残留土壤不能大于10厘米厚，然后取土机壳体和土体进行近似摩擦剪切运动，形成剪切成分，三分量探测器检测到清晰的剪切波初波。如果记录满意的话，反复敲击锤子，直到相位差180受到横波。(5)钻孔垂直度测量，在设计用于交叉孔波速测试的钻孔时，钻孔深度大于15m，并且对于放置钻孔，尤其是接收器的钻孔，必须进行倾斜测量。测斜仪不仅要能测量每个钻头的倾角，还要能测量钻孔坡度的位置，而且要能以0 1 30度和0.1度的准确度测量倾斜角

17、度。仪器还必须具有测量0 1 359度方位的能力和1度灵敏度。特别是，测斜仪在钻头顶角斜率小于1度时，还必须测量钻头的倾斜位置。其准确度必须达到土壤3度。对于120米深的钻孔，计算孔之间实际距离的准确度约为25厘米。坡度点也必须与测试点相同。然后，根据点的坡度数据，以图形或计算方法计算该深度上钻孔之间的水平距离。此水平距离除以剪切波的到达时间，即可得出该深度处土壤的实际剪切波速度值。(6)振动源启动信号，振动源振动的启动信号可以通过两种方法获得。第一，可以将探测器固定在冲击条上，当破坏冲击条时，会收到开始信号，并传送到示波器。二是使用电容器电路连接锤子和冲击杆，当锤子接触冲击杆时，在孔下发送振动，同时发送计时启动信号。4 .数据整理，3，面波速度测试，面波方法也称为稳态振动方法，瑞利波方法。根据振动和波理论，如果地面上有振动源