波速测试技术讲课讲稿.ppt

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1、波速测试技术第一节概述一、基本概念1．波速测试的定义波速测试(WaveVelocityTest)是利用波速确定地基土的物理力学性质或工程指标的现场测试方法；根据弹性波在岩土体内的传播速度，间接测定岩土体在小应变条件下(10-4～10-6)的动弹性模量等参数。波在地基土中的传播速度是地基土在动力荷载作用下所表现出的工程性状之一，也是建(构)筑物抗震设计的主要参数之一。2．几组概念的区分1）体波：在弹性体内部传播的波；面波：在弹性体表面或不同介质交界面上传播的波；2）瑞利波：波的质点在包含波传播方向的铅垂平面内振动，质点的振动轨迹为逆时针方向转动的

2、椭圆，且振幅随深度呈指数函数衰减，传播速度略小于横波。勒夫波：质点在水平面内振动，质点运动轨迹与波传播方向垂直。在天然地震中，瑞利波是危害性最大的一种地震波，在人工地震勘探中，瑞利波被视为一种干扰波。所以，在地震减灾和常规地震勘探中，都设法减小它的危害和影响。3）压缩波：当波传播时，如果质点振动方向与波的传播方向一致，称为压缩波；剪切波：当波传播时，如果质点振动方向与波的传播方向相互垂直，称为剪切波；二、声波测试的适用性及分类由于地下水的存在对剪切波波速不产生明显的影响（压缩波影响很大）。所以，通常是测剪切波波速确定土的动力特性。波速测试可以采

3、用单孔法、跨孔法和面波法。三、声波测试的目的地基土的波速测试可以应用于以下目的：（1）划分场地类型，计算场地的基本周期；（2）提供地震反应分析所需的地基土动力参数(动剪切模量、阻尼比、动剪切刚度等)；（3）提供动力机器基础设计所需的地基土动力参数(抗压、抗剪、抗扭刚度及刚度系数、阻尼等)；（4）判断地基土液化的可能性；（5）评价地基土的类别和检验地基加固效果。第二节单孔法一、概述单孔法可分为单孔孔下法和单孔孔上法。单孔孔下法是在孔口地面设置振源，在唯一的一个钻孔中，在需要探测的深度处放置拾振器，主要检测水平的剪切波(SH波)和压缩波(P波)的波

4、速。单孔孔上法则是将振源放置在孔内一定深度处，将拾振器放置在地面。单孔法波速测试示意图最近在静力触探试验中，有人利用安装在触探探头内的拾振器观测由地面锤击引起的剪切波的速度。同时得到锥头阻力、摩擦比和剪切波速度等资料。这种试验称为振动触探试验(SeismicConePenetrationTest，简称SCPT)，装置如图所示。二、基本原理1．基本假定（1）地下介质采用水平层状地层模型；（2）剪切波速在水平方向为均匀分布，在垂直方向随深度变化。2．公式推导设测点深度为hi，激震点距孔口距离为dx，则：（1）正演公式对于第1个测点：剪切波达到测点1

5、的走时：对于第2个测点：同理，剪切波到达测点3的走时：根据以上推导，可得剪切波到达任意测点的走时：（2）反演公式根据正演公式变形得到：三、仪器设备组成单孔法测试所需仪器设备一般包括以下两部分：(1)震源：指的是弹性波激发装置。(2)弹性波接收装置：包括检波器、放大器及记录显示器。1．震源人工激发是一种最简单的方法，用得也最普遍。常用的振源激发装置是尺寸为2500mm×300mm×50mm的木板，木板的长度方向中垂线应对准测试孔中心。孔口与木板的距离宜为1～3m，其上放置400kg的重物(图9－4)。当用锤水平敲击木板端部时，木板与地面摩擦而产生

6、水平剪切波。将检波器用扩展装置固定在孔内的不同深度处以接收剪切波。测试应自下而上进行。在每一个试验深度上，应重复试验多次。应该说，激震板越长，剪切波的频率越低；压重越重，剪切波能量越大。2．弹性波接收波速法测试时，无论选择什么样的振源，一般都会产生复合波，这就要求接收器既能记录到竖直振动分量，同时又能记录到两个水平方向的振动分量，以便更好地识别到剪切波到达的时刻。所以，一般采用三分量检波器。三分量检波器是由3个传感器按相互垂直的方向固定并密封在一个无磁性的圆筒内制成的，如图所示。这种检波器自振频率较高，对方向性不敏感，即使埋置倾斜，也能有效的进

7、行波动测试。3．放大器和记录仪目前国内波速测试所采用的记录器主要有SC－1型、SC－16型、SC－18型紫外线感光记录示波器，工作频率范围为0～270Hz。四、试验方法1．现场布置在指定测试点打钻孔，垂直度要求与一般的勘探孔一样。离开孔口1～1.5m布置激震装置。如孔内检波器没有在孔壁上固定的装置，则需要钻机协助；否则除非钻孔可能塌孔，在声波测试前可把钻机移走。2．孔内测点布置原则一般应结合土层的实际情况布置测点，测点在垂直方向上的间距宜取1～3m，层位变化处加密。具体布置遵循以下原则：（1）每一土层都应有测点，每个测点宜设在接近每一土层的顶部

8、或底部处，尤其对于薄土层，更不能将测点设在土层的中点。（2）若土层小于1m，可忽略；若大于4m，须增加测点，通常可以每间隔1～2m设置一个测点。（3）