巖土工程原位測試技術(shù)第5章波速試驗1課件第5章內(nèi)容5.1試驗設(shè)備和方法5.2基本測試原理5.3試驗成果的整理分析5.4試驗成果的應(yīng)用討論2課件5.1試驗設(shè)備和方法一、試驗設(shè)備試驗設(shè)備一般包含激振系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)（傳感器）和信號處理系統(tǒng)。測試方法不同，使用的儀器設(shè)備也各不相同。二、測試方法由于土中的縱波速度受到含水量的影響，不能真實地反映土的動力特性，故通常測試土中的剪切波速，測試的方法有單孔法（檢層法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。3課件對準(zhǔn)備工作的要求：（1）鉆孔時應(yīng)注意保持井孔垂直，并宜用泥漿護(hù)壁或下套管，套管壁與孔壁應(yīng)緊密接觸；（2）當(dāng)剪切波振源采用錘擊上壓重物的木板時，木板的長向中垂線應(yīng)對準(zhǔn)測試孔中心，孔口與木板的距離宜為1~3m；板上所壓重物宜大于400kg；木板與地面應(yīng)緊密接觸；（3）當(dāng)壓縮波振源采用錘擊金屬板時，金屬板距孔口的距離宜為1~3m；（4）應(yīng)檢查三分量檢波器各道的一致性和絕緣性。測試工作要求：（1）測試時，應(yīng)根據(jù)工程情況及地質(zhì)分層，每隔1~3m布置一個測點，并宜自下而上按預(yù)定深度進(jìn)行測試；（2）剪切波測試時，傳感器應(yīng)設(shè)置在測試孔內(nèi)預(yù)定深度處并予以固定；沿木板縱軸方向分別打擊其兩端，可記錄極性相反的兩組剪切波波形；5課件（3）壓縮波測試時，可錘擊金屬板，當(dāng)激振能量不足時，可采用落錘或爆炸產(chǎn)生壓縮波。測試工作結(jié)束后，應(yīng)選擇部分測點作重復(fù)觀測，其數(shù)量不應(yīng)少于測點總數(shù)的10%。2.跨孔法跨孔法有雙孔和三孔等距方法，以三孔等距法用得較多?？缈追y試精度高，可以達(dá)到較深的測試深度，因而應(yīng)用也比較普遍，但該法成本高，操作也比較復(fù)雜。三孔法是在測試場地上鉆三個具有一定間隔的測試孔，選擇其中的一個孔為振源孔，另外兩個相鄰的鉆孔內(nèi)放置接收檢波器，如圖5-2。6課件7課件9課件10課件3.面波法瑞利波是在介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，其能量從介質(zhì)表面以指數(shù)規(guī)律沿深度衰減，大部份在一個波長的厚度內(nèi)通過，因此在地表測得的面波波速反映了該深度范圍內(nèi)土的性質(zhì)，而用不同的測試頻率就可以獲得不同深度土層的動參數(shù)。面波法有兩類測試方式，一是從頻率域特性出發(fā)，通過變化激振頻率進(jìn)行量測稱為穩(wěn)態(tài)法；另一種從時間域特性出發(fā)，瞬態(tài)激發(fā)采集寬頻面波，這種方法操作容易，但是資料處理復(fù)雜。本章僅介紹穩(wěn)態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法是利用穩(wěn)態(tài)振源在地表施加一個頻率為f的強迫振動，其能量以地震波的形式向周圍擴散，這樣在振源的周圍將產(chǎn)生一個隨時間變化的正弦波振動。通過設(shè)置在地面上的兩個檢波器A和B檢出輸入波的波峰之間的時間差，便可算出瑞利波速度VR。11課件（3）改變激振頻率，測試不同深度處土層的瑞利波波速；（4）電磁式激振設(shè)備可采用單一正弦波信號或合成正弦波信號。因為瑞利波在半無限空間中是在一個波長范圍內(nèi)傳播的。低頻激振時，波長變長，可測出深層瑞利波速度。由低向高逐漸改變激振頻率，波長由長變短，探測深度由深變淺，從而得出不同深度的彈性常數(shù)。測試過程中要注意如下幾點：（1）A、B檢波器的距離一定要小于1個波長的距離。這是因為，如果設(shè)置的距離過大，就可能會出現(xiàn)相位差的誤判。但檢波器間的間距又不應(yīng)太小，否則會影響相位差的計算精度；（2）為提高確定相位差的精度，應(yīng)盡量選取小的采樣間隔；（3）為保證波峰的可靠對比和壓制干擾波，需要時可將正弦激振波加以調(diào)制；13課件（4）根據(jù)實際情況調(diào)整頻率變化速率（步長），一般儀器中都設(shè)置了頻率自動降低設(shè)備，可以任意選擇，但步長太小，作業(yè)時間長；步長太大，又會影響觀測精度。

14課件5.2基本測試原理

彈性波速法以彈性理論為依據(jù)，通過對巖土體中彈性波（速度、振幅、頻率等）的測量，提出巖土體的動力參數(shù)并評價巖土體的工程性質(zhì)。一般而言，介質(zhì)的質(zhì)量密度越高、結(jié)構(gòu)越均勻、彈性模量越大，則彈性波在該介質(zhì)中的傳播速度也越高，同時我們又知道該介質(zhì)的力學(xué)特性也越好。故彈性波的傳播速度在通常的情況下能反映材料的力學(xué)和工程性質(zhì)。根據(jù)彈性理論，當(dāng)介質(zhì)受到動荷載的作用時將引起介質(zhì)的動應(yīng)變，并以縱波、橫波和面波等形式從振源向外傳播。當(dāng)動應(yīng)力不超過介質(zhì)的彈性界限時所產(chǎn)生的波稱為彈性波。巖土體在一定條件下可視為彈性體，依據(jù)牛頓定律可導(dǎo)出彈性波在無限均質(zhì)體中的運動方程。相應(yīng)的波速為：15課件如果測試出了巖土體中的彈性波波速，可以由上列公式推出巖土體的動彈性模量Ed、動剪切模量Gd和動泊桑比

如下：kPa（5-7）kPa（5-8）（5-9）式中m——波速比，m=vP/vs。17課件5.3試驗成果的整理分析1.單孔法確定壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測點的時間時，應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）確定壓縮波的時間，應(yīng)采用豎向傳感器記錄的波形；（2）確定剪切波的時間，應(yīng)采用水平傳感器記錄的波形。由于三分量檢波器中有兩個水平檢波器，可得到兩張水平分量記錄，應(yīng)選最佳接收的記錄進(jìn)行整理。壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測點的時間，應(yīng)按下列公式進(jìn)行斜距校正：T=KTL（5-10）（5-11）18課件時距曲線圖的繪制，應(yīng)以深度H為縱坐標(biāo)，時間T為橫坐標(biāo)。波速層的劃分，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況，按時距曲線上具有不同斜率的折線段確定。每一波速層的壓縮波波速或剪切波波速，應(yīng)按下式計算：（5-12）2.跨孔法確定壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測點的時間時，應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）確定壓縮波的時間，應(yīng)采用豎向傳感器記錄的波形；（2）確定剪切波的時間，應(yīng)采用水平傳感器記錄的波形。由振源到達(dá)每個測點的距離，應(yīng)按測斜數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。每個測試深度的壓縮波波速及剪切波波速，應(yīng)按下列公式計算19課件（5-13）（5-14）S=S2-S1（5-15）3.面波法瑞利波波速應(yīng)按下式計算：（5-16）地基的動剪變模量和動彈性模量，應(yīng)按下列公式計算：（5-17）（5-18）21課件（5-19）（5-20）22課件5.4試驗成果的工程應(yīng)用根據(jù)巖土體中的彈性波波速，可以判定場地土