波速测试.ppt

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1,岩土工程测试与监测,第5章波速试验,2,第5章内容,5.1试验设备和方法5.2基本测试原理5.3试验成果的整理分析5.4试验成果的应用讨论,3,5.1试验设备和方法,5.1.1试验设备试验设备一般包含激振系统、信号接收系统（传感器）和信号处理系统。

测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。

5.1.2测试方法由于土中的纵波速度受到含水量的影响，不能真实地反映土的动力特性，故通常测试土中的剪切波速，测试的方法有单孔法（检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。

4,1.单孔法单孔法是在一个钻孔中分土层进行检测，故又称检层法，因为只需一个钻孔，方法简便，在实测中用得较多，但精度低于跨孔法。

单孔法的现场测试情况如图5-1所示。

5,对准备工作的要求：

（1）钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套管，套管壁与孔壁应紧密接触；

（2）当剪切波振源采用锤击上压重物的木板时，木板的长向中垂线应对准测试孔中心，孔口与木板的距离宜为13m；板上所压重物宜大于400kg；木板与地面应紧密接触；（3）当压缩波振源采用锤击金属板时，金属板距孔口的距离宜为13m；（4）应检查三分量检波器各道的一致性和绝缘性。

测试工作要求：

（1）测试时，应根据工程情况及地质分层，每隔13m布置一个测点，并宜自下而上按预定深度进行测试；

（2）剪切波测试时，传感器应设置在测试孔内预定深度处并予以固定；沿木板纵轴方向分别打击其两端，可记录极性相反的两组剪切波波形；,6,（3）压缩波测试时，可锤击金属板，当激振能量不足时，可采用落锤或爆炸产生压缩波。

测试工作结束后，应选择部分测点作重复观测，其数量不应少于测点总数的10%。

2.跨孔法跨孔法有双孔和三孔等距方法，以三孔等距法用得较多。

跨孔法测试精度高，可以达到较深的测试深度，因而应用也比较普遍，但该法成本高，操作也比较复杂。

三孔法是在测试场地上钻三个具有一定间隔的测试孔，选择其中的一个孔为振源孔，另外两个相邻的钻孔内放置接收检波器，如图5-2。

7,8,跨孔法的测试场地宜平坦，测试孔宜布置在一条直线上。

测试孔的间距在土层中宜取25m，在岩层中宜取815m；测试时，应根据工程情况及地质分层，沿深度方向每隔12m布置一个测点。

钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套管，套管壁与孔壁应紧密接触。

测试时，振源与接收孔内的传感器应设置在同一水平面。

现场测试方法：

（1）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法；

（2）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。

当测试深度大于15m时，必须对所有测试孔进行倾斜度及倾斜方位的测试；测点间距不应大于1m。

当采用一次成孔法测试时，测试工作结束后，应选择部分测点作重复观测，其数量不应少于测点总数的10%；也可采用振源孔和接收孔互换的方法进行复测。

9,10,11,3.面波法瑞利波是在介质表面传播的波，其能量从介质表面以指数规律沿深度衰减，大部份在一个波长的厚度内通过，因此在地表测得的面波波速反映了该深度范围内土的性质，而用不同的测试频率就可以获得不同深度土层的动参数。

面波法有两类测试方式，一是从频率域特性出发，通过变化激振频率进行量测称为稳态法；另一种从时间域特性出发，瞬态激发采集宽频面波，这种方法操作容易，但是资料处理复杂。

本章仅介绍稳态法。

稳态法是利用稳态振源在地表施加一个频率为f的强迫振动，其能量以地震波的形式向周围扩散，这样在振源的周围将产生一个随时间变化的正弦波振动。

通过设置在地面上的两个检波器A和B检出输入波的波峰之间的时间差，便可算出瑞利波速度VR。

12,测试设备由激振系统和拾振系统组成。

激振系统一般多采用电磁式激振器。

系统工作时由信号发生器输出一定频率的电信号，经功率放大器放大后输入电磁激振器线圈，使其产生一定频率的振动。

拾振系统由检波器、放大器、双线示波仪及计算机四部份组成。

检波器接收振动信号，经放大器放大，由双线示波仪显示并被记录。

整个过程由计算机操作控制。

面波法不需要钻孔，不破坏地表结构物，成本低而效率高，是一种很有前途的测试方法。

测试工作可按下述方法进行：

（1）激振设备宜采用机械式或电磁式激振器；

（2）在振源的同一侧放置两台间距为l的竖向传感器，接收由振源产生的瑞利波信号；,13,（3）改变激振频率，测试不同深度处土层的瑞利波波速；（4）电磁式激振设备可采用单一正弦波信号或合成正弦波信号。

因为瑞利波在半无限空间中是在一个波长范围内传播的。

低频激振时，波长变长，可测出深层瑞利波速度。

由低向高逐渐改变激振频率，波长由长变短，探测深度由深变浅，从而得出不同深度的弹性常数。

测试过程中要注意如下几点：

（1）A、B检波器的距离一定要小于1个波长的距离。

这是因为，如果设置的距离过大，就可能会出现相位差的误判。

但检波器间的间距又不应太小，否则会影响相位差的计算精度；

（2）为提高确定相位差的精度，应尽量选取小的采样间隔；（3）为保证波峰的可靠对比和压制干扰波，需要时可将正弦激振波加以调制；,14,（4）根据实际情况调整频率变化速率（步长），一般仪器中都设置了频率自动降低设备，可以任意选择，但步长太小，作业时间长；步长太大，又会影响观测精度。

15,5.2基本测试原理,弹性波速法以弹性理论为依据，通过对岩土体中弹性波（速度、振幅、频率等）的测量，提出岩土体的动力参数并评价岩土体的工程性质。

一般而言，介质的质量密度越高、结构越均匀、弹性模量越大，则弹性波在该介质中的传播速度也越高，同时我们又知道该介质的力学特性也越好。

故弹性波的传播速度在通常的情况下能反映材料的力学和工程性质。

根据弹性理论，当介质受到动荷载的作用时将引起介质的动应变，并以纵波、横波和面波等形式从振源向外传播。

当动应力不超过介质的弹性界限时所产生的波称为弹性波。

岩土体在一定条件下可视为弹性体，依据牛顿定律可导出弹性波在无限均质体中的运动方程。

相应的波速为：

16,（5-1）（5-2）引入拉梅常数、M，（5-3）（5-4）（5-1）和（5-2）可以写为下列简洁的形式：

（5-5）（5-6）,17,如果测试出了岩土体中的弹性波波速，可以由上列公式推出岩土体的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和动泊桑比如下：

kPa（5-7）kPa（5-8）（5-9）式中m波速比，m=vP/vs。

18,5.3试验成果的整理分析,1.单孔法确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下列规定：

（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；

（2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。

由于三分量检波器中有两个水平检波器，可得到两张水平分量记录，应选最佳接收的记录进行整理。

压缩波或剪切波从振源到达测点的时间，应按下列公式进行斜距校正：

T=KTL（5-10）（5-11）,19,20,时距曲线图的绘制，应以深度H为纵坐标，时间T为横坐标。

波速层的划分，应结合地质情况，按时距曲线上具有不同斜率的折线段确定。

每一波速层的压缩波波速或剪切波波速，应按下式计算：

（5-12）2.跨孔法确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下列规定：

（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；

（2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。

由振源到达每个测点的距离，应按测斜数据进行计算。

每个测试深度的压缩波波速及剪切波波速，应按下列公式计算,21,22,（5-13）（5-14）S=S2-S1（5-15）3.面波法瑞利波波速应按下式计算：

（5-16）地基的动剪变模量和动弹性模量，应按下列公式计算：

（5-17）（5-18）,23,（5-19）（5-20）,24,5.4试验成果的工程应用,根据岩土体中的弹性波波速，可以判定场地土的物理力学性质和地基承载力，评价场地土的液化可能性，计算场地土的卓越周期，检测地基处理的效果。

25,思考题,1单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？

2波速法可以测试地基土的哪些动参数？

3波速法为何能确定土层的物理力学参数并检测地基处理的效果？