現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)在巖土工程勘察中應(yīng)用

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1、現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)在巖土工程勘察中應(yīng)用　　摘要:以單孔檢層法為例,介紹了現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)的基本原理、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法及波速資料在巖土工程勘察中的各項(xiàng)應(yīng)用。關(guān)鍵詞:波速試驗(yàn);巖土工程勘察;應(yīng)用中圖分類(lèi)號(hào)：TU198文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言：在研究和分析重大工程和高層建筑基礎(chǔ)巖土結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性時(shí),首先應(yīng)測(cè)試及計(jì)算地基土的動(dòng)態(tài)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試巖土層的縱波速度、剪切波速度與動(dòng)彈模量,是進(jìn)行場(chǎng)地土的類(lèi)型及建筑場(chǎng)地的類(lèi)別劃分,推測(cè)場(chǎng)地地層的沉積年代,確定地基承載力,計(jì)算飽和砂土液化勢(shì)及場(chǎng)地的地脈動(dòng)卓越周期,普及動(dòng)力基礎(chǔ)反應(yīng)分析等的重要依據(jù)。波速測(cè)試作為地基土動(dòng)力特性測(cè)試項(xiàng)目之

2、一。1方法原理當(dāng)固體介質(zhì)受到外力沖擊時(shí),介質(zhì)受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生應(yīng)變,在作用于介質(zhì)的應(yīng)力消失后,應(yīng)變和應(yīng)力失去平衡,應(yīng)變就在介質(zhì)中以彈性波的形式由介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)依次向周?chē)鷤鞑?7這種彈性波成分比較復(fù)雜,既有面波又有體波,體波又分為壓縮波(P波)和剪切波(S波),剪切波的垂直分量叫SV波,其水平分量稱(chēng)Sh波。在地層表面?zhèn)鞑サ拿娌煞譃槿鹄撞?Raylcigh)和拉夫波(Love),各種波在介質(zhì)中傳播的特征和速度各不相同。彈性波速測(cè)試方法有:跨孔法、單孔波速法(檢層法)和面波法。在工程上,對(duì)于多層體系常用跨孔法,直接測(cè)定不同深度巖土層的波速。當(dāng)土層軟

3、硬變化大(模量有突變)和層次較少或基巖上為覆蓋層時(shí),可用單孔法。面波在工程上較少用。在巖土工程勘察中,主要要求是測(cè)定覆蓋層且主要是20m深度范圍內(nèi)土層的波速,采用單孔檢層法最為簡(jiǎn)便,是現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)最常用的方法,下面以單孔檢層法為例說(shuō)明。1.1震源設(shè)備震源要求是產(chǎn)生能量較大、穩(wěn)定性和重復(fù)性好的剪切波震源,主要可分為沖擊振源與穩(wěn)態(tài)振源兩大類(lèi),沖擊振源包括橫向敲擊板、錘擊錘墊、落重、爆炸、電火花等形式,穩(wěn)態(tài)振源主要有掃頻電磁式或機(jī)械式激振器等。單孔檢層法普遍應(yīng)用的是敲擊板法,它是將一塊長(zhǎng)2~3m,寬0.3~0.4m,厚0.1~0.15m的彈性較好的

4、木板放在離孔口約1~3m處的地面上,木板與地面接觸良好,木板上需壓一定重量的重物(通常為汽車(chē)前輪),用木錘或鐵錘水平敲擊木板兩端(短邊),木板與地面產(chǎn)生剪切力,使地層產(chǎn)生剪切波,這種方法得到的記錄,波形簡(jiǎn)單,易于識(shí)別。1.2測(cè)試儀器7由孔內(nèi)三分量檢波器與地震儀組成。三分量檢波器由三個(gè)互相垂直的檢波器組成(X、Y、Z方向各一個(gè)),它們同時(shí)安裝在一個(gè)密封的鋼筒內(nèi),垂直方向安裝的檢波器用于接收縱波,兩個(gè)水平方向的檢波器可接收地表傳來(lái)的橫波(Sh波)。地震儀需要具有信號(hào)增強(qiáng)功能,以便突出有效信號(hào),降低噪聲及干擾的影響。目前地震儀的型號(hào)較多,我院使用的

5、主要為長(zhǎng)沙玉華儀器有限公司產(chǎn)的GJY-1等型號(hào)儀器,具有信號(hào)增強(qiáng)功能,能滿(mǎn)足波速測(cè)試的要求。1.3測(cè)試方法單孔法波速測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)連接如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí),將檢波器放至孔底后,自底部向上依地層界面測(cè)試,一般用氣筒充氣固定檢波器,使其緊貼孔壁,地面上用木錘或鐵錘水平敲擊木板兩端,敲擊所產(chǎn)生的剪切波經(jīng)地層傳播到達(dá)測(cè)試點(diǎn),孔中水平檢波器接收Sh波信號(hào),經(jīng)電纜送入地震儀進(jìn)行放大、儲(chǔ)存和記錄。測(cè)試點(diǎn)的間隔根據(jù)地層界面情況而定,通常的做法是平均1.0m一個(gè)測(cè)試點(diǎn),界面處的測(cè)試點(diǎn)需重復(fù)測(cè)試。這種測(cè)試方法的好處一是測(cè)試時(shí)帶有深度記號(hào)的電纜(或細(xì)鋼絲繩)不彎曲,保

6、證測(cè)試深度的準(zhǔn)確性;二是便于追蹤剪切波的初至,保證相位不錯(cuò)。1.4資料分析整理7(1)波形分析與識(shí)別:現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)的關(guān)鍵是要識(shí)別縱波(P波)和剪切波(Sh波),并正確的判斷縱波(P波)和剪切波(Sh波)的初至點(diǎn)。縱波速度快,頻率高,振幅小,而剪切波速度慢,頻率低,振幅大。在波形記錄上,首先出現(xiàn)的是縱波序列,而后振幅突然成倍的增大,同時(shí)周期又成倍的拉長(zhǎng)的是剪切波序列。正反敲擊木板兩端時(shí),所產(chǎn)生的剪切波波形相位相差180b,這一特征十分有利于剪切波的分辨,也就是意味著我們能夠在不同界面點(diǎn)準(zhǔn)確測(cè)定剪切波的到達(dá)時(shí)間,可靠求出各層的剪切波波速值。而縱波

7、的相位與敲擊板的方向無(wú)關(guān),只有檢波器的極性改變時(shí),才會(huì)反相。(2)波速計(jì)算:如圖2所示,單孔法因激發(fā)點(diǎn)偏離孔口有一距離x,波在地下的傳播并非垂直距離h而是斜距l(xiāng),因此需把斜距的走時(shí)t,校正為垂距走時(shí)t,公式為:t=tch/(h2+x2)=ktc式中:k)))垂距走時(shí)校正系數(shù),k=h/(h2+x2)。走時(shí)校正后,由下式計(jì)算各地層的速度:vs=(hi+1-hi)/(tsi+1-tsi)=vhi/vtsivp=(hi+1-hi)/(tpi+1-tpi)=vhi/vtpi式中:vhi)))相鄰兩測(cè)點(diǎn)深度之差;vtpi、vtsi)))孔中相鄰兩測(cè)點(diǎn)縱波

8、、剪切波垂距走時(shí)之差。2波速成果的應(yīng)用2.17劃分場(chǎng)地土的類(lèi)型與建筑的場(chǎng)地類(lèi)別這是測(cè)試剪切波速度最主要的用途。根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范6(GB50011-2001)的規(guī)