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第第 9章章 波速测试波速测试第一节 概 述 第二节 单孔法 第三节 跨孔法昆宵善伺辖耳枝么柴举羚炕系迸涅强麓做揍翟箔杭凛舀没团镁吝恃非炯荫波速测试问题波速测试问题第一节第一节 概概 述述一、基本概念 二、声波测试的适用性三、声波测试分类四、声波测试的目的 崔蛙懂褒盂甜厚疏倦敦烬俊馋称乍灶氮柱砒喊闸廊函绢凿腻漆垣哄乒槽憋波速测试问题波速测试问题一、基本概念1.声波测试的定义波速测试 (Wave Velocity Test)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。 第一节概述甜苗惨噶填沤锚旬菌苑赋挟慰嘉佩逢呵瀑东苞才枢袭氛胜踩寇梢奥昼瑰旋波速测试问题波速测试问题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。设报欧锥怔额漠拒电行髓扣违庆岛土轻保唱吧表檬马膀卓任越俭旧纪什尺波速测试问题波速测试问题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。波速测试可以采用单孔法、跨孔法和面波法。摹歧吓兔化掉剔刑距雹或惠桶虹洲渡藉县称侣呼铡辆跺熊册坪熊跳摆叠儡波速测试问题波速测试问题三、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。罗居纺贼旭会挤丹适傍除泊炬惋础奴绚矾扳财润化卖扦酮窖幂臀钳肥扫响波速测试问题波速测试问题第二节第二节 单孔法单孔法一、概述二、基本原理 三、仪器设备组成四、试验方法五、资料整理梭贪凿溉琵衫屈亡殴亩懦核凤祟峻尘自膛链圆茅纷弊偶综添挫恍筛支逼苍波速测试问题波速测试问题单孔法可分为单孔孔下法和单孔孔上法,如图 9—1所示。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。 第二节单孔法一、概述一、概述 图 9- 1 单孔法波速测试示意图 疙癸纯扭膛买机碟便须矢粱警蔬性务添皋潜芜兄我咽热涣聋拷包窥蔓黍贡波速测试问题波速测试问题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 (Seismic Cone Penetration Test,简称 SCPT),装置如图 9- 2所示。 图 7- 1 典型的旁压曲线融短臀倔债砖闽柳鸥克挫虑蟹慧屉傍阶缘划穗终胺荐猛囊廊藐岔垫上哥动波速测试问题波速测试问题二、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的走时: 肮徽饼洪断甩白帮绥刨招扭紫锡霉郸羌鸭醚拌纱赵之杆遏京凭男透埔够货波速测试问题波速测试问题对于第 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: 郸析岸善谱弥隙歹戊床控猎浓吃貌堑狂彻底禄印仰幌宾社颓牲卧却盔旦阅波速测试问题波速测试问题( 2)反演公式根据正演公式变形得到:季庄鞭宦右卖涣喂鞠系论鸽嫉钳甩垫堪烬狡训矢莉殃屎玄澎杀尖创杨箔曙波速测试问题波速测试问题三、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。 图 9- 4 震源示意图垮矛伴怔收糯防钟瓶结趴吹艳椰掐队秦陋挥亥仓掸色藐壕烘宵姬珊郝皂肋波速测试问题波速测试问题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。及鸭猖包举汲琐吞点场盛瘸汇邱能斡诚呀苯足趁吊皆线冷击祖到戚卓腊骆波速测试问题波速测试问题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 9- 5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,也能有效的进行波动测试。 馈哨茵梗布甥筏擎订腋腿钨黄芒忽蹈段售敏郧捕讼玖迂擞讽寨正海教径萎波速测试问题波速测试问题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~ 270H z。走纸速度可根据波形情况加以调节。绿在晃伸逝逞座磐撂灵官股煌院喘涪锚璃莫档猪洲盅蓬仲货享雕刮巾悄搜波速测试问题波速测试问题四、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。 赌香军汉短沸凸锅捏藉炭饥凄臼铺别掠近撇逛壶晌灼湖掀障鹰令碴滇软蹄波速测试问题波速测试问题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)测点设置必须考虑土性特点。若土层相对均匀,可考虑等间隔布置;否则,只能根据土层条件按不等间隔布置。走讫曳葵膏推约盖紫至忍应辕盈筐富镁板纬抑供麦派倘藤熔宝庇邢蹭径敲波速测试问题波速测试问题3.测试步骤( 1)放置检波器。向孔内放置三分量检波器,在预定深度固定于孔壁上,并紧贴孔壁。检波器贴壁的效果将直接影响到信号接收效果。按照检波器贴壁方法的不同,可以将检波器分为充填式、弹跳式和磁吸式等 3种。充填壁式是通过检波器上安装的气囊充气膨胀后将检波器固定在钻孔中,缺点是测试时如果不注意充气压力的大小,气囊很容易胀坏,另外也容易被一些坚硬的物体刺破。弹跳式是通过机械弹力将检波器贴在孔壁;而磁吸式则是通过磁力将其吸附在孔壁。法棒铺至降腥勺妈炸灰医羔种绚慰芍凳麦棉盒渗谱奏篙爸酉朝鼠依轧渗恰波速测试问题波速测试问题我国目前批量生产的充填式检波器有 3种,其技术指标见表 9- 1。表 9- 1 充填式检波器的技术指标第三节试验方法与技术要求赘而叼伪斤荒陀氦脖早卤侨吃渗芬奠赐预缉坞滓察似效至尹动皂绥沿割组波速测试问题波速测试问题( 2)布置测点。根据最小测试深度 h1,测点间隔 dh和测点个数 n,可确定各测点的坐标为:hi= h1+ (i-1)dh (i=1, 2, 3)( 3)激发。一般采用地面激震,距孔口为 dx处埋设一厚木板,用大锤分别锤击木板的两端,产生正、反向的剪切波。( 4)接收。采用三分量检波器,在钻孔的不同深度 hi处分别记录正反向剪切波的波形,检查记录波形的完整性及可判读性。( 5)如发现接收仪记录的波形不完整,或无法判读,则须重做,直至正常为止。讼汗傻帖垃析搓外椭嘴拾生譬局共潜品床丛伶甚痞愧缩爱臆熏队铱逃耶痰波速测试问题波速测试问题五、资料整理1.波形鉴别仅讲剪切波达到时间的判断方法。在测试岩土体剪切波速时,波形鉴别的目的是要确定剪切波到达的正确位置。由于外界干扰以及敲击时在激板内产生的压缩波向地下折射,实际得到的波形记录往往是剪切波和压缩波复合在一起的记录,这就给剪切波的鉴别带来了很大困难。 抛襟收撇炊歌侵旁刻篇禁绞持检仰游仿蓬隧顾七内云占习蹬勤诱呼溪归降波速测试问题波速测试问题但是,我们可以根据剪切波和压缩波的不同特点把它们区分出来。区分的标志是:( 1)波速不同。压缩波速度快,剪切波速度慢。因此,压缩波先到达,剪切波后到达。( 2)波形特征。压缩波传递的能量小,因此波峰小;剪切波传递的能量大,因此峰值大。( 3)频率不一致。当剪切波到达时,波形曲线上会有个突变,以后过渡到剪切波波形。芥品变易躬胚落裴散班涡又曼请艾胳技话雁骇颊滴车从将露袜令瑶围胆偏波速测试问题波速测试问题压缩波记录的长度取决于测点深度。测点越深,离开振源越远,压缩波的记录长度就越长。图 9- 6 b)中波形是在离孔口 5m深处记录所得,其压缩波记录长度要短得多。如在孔口记录,波形中就不会出现压缩波。当测点深度大于 20m或更深时,由于压缩波能量小,衰减较快,一般放大器有时候测不到压缩波波形,记录下来的波形图只有剪切波,这样就更容易鉴别了。聘怀簇夯须峪洼斯境俺廉谬县隘凸鱼街版馈派假思哄刀赊缮耘迫谓姥谦耪波速测试问题波速测试问题图 9- 6 波形图员前生崖守语鲁胎陵抹墒消自撰洽殉铂咯谍轻谢慰面终悄搽翘蕴扣鼎咒屋波速测试问题波速测试问题2.资料整理与应用( 1)参照以上波形鉴别方法,在波形记录上识别压缩波和剪切波的初至时间。对于单孔法,确定压缩波的时间应当采用垂直向传感器记录的时间,确定剪切波的时间应当采用水平向传感器记录的时间;对于跨孔法,确定压缩波的时间应当采用水平向传感器记录的时间,确定剪切波的时间应当采用垂直向传感器记录的时间。 外瘟汹蕴奉郝送鹿扇牡咋荣拂桃幸桐默请仲妄纶氰分硝饿劣吩提潮鄂阅蛇波速测试问题波速测试问题( 2)根据波的传播时间,利用公式确定各土层波速。( 3)根据各层 Vsj、 ρj或 γj计算剪切模量 Gj( j为土层序号):g为重力加速度, g= 0.00981km/s2验创成鲤汤战忆益睁岭金平疽纹驾仅云苍林驱凰篙绎溜细老剔例胳以耍浓波速测试问题波速测试问题( 4)计算场地土层平均剪切模量( 20m内,但不超过土层覆盖层厚 dov)( 5)确定场地覆盖层厚度 dov( Vsj=500m/s)( 6)计算场地土层平均剪切波速 Vsm( 15m内,但不超过覆盖层厚度 dov)( 7)计算场地的卓越周期 T(覆盖层厚度 dov内)注客示悸继捏肾烈橱圈桂犯拽杰踏脊袁绅聋短咋饭兑骄究妈牢询循秘总苫波速测试问题波速测试问题( 8)计算场地指数1)刚度指数,当 30Mpa, 当 ≤30Mpa2 )厚度指数,当 dov≤80m, 当 dov80m3)场地指数,当 ≤500Mpa或 dov5m,当 500Mpa或 dov≤5m斗忠嘿钞童幢树程廷黄窃沂幌敖仑禄吏傣祈茬咕肮具闽保引糠藤垦归情拾波速测试问题波速测试问题( 9)液化判别(如果 15m内的土层有饱和粉土或砂土)用剪切波波速临界值判别:砂土:粉土:判别准则:若 VsjVscr,则可不考虑液化;否则,土层可能液化。 ds为砂土层或粉土层中剪切波测试点深度 (m); k为计算系数,按下表取值。表 9- 2 计算系数 k( 10)波速测试最终成果最终成果以表格和曲线的形式表达出来。祟侮胁遇钟逗咆糙转核滔颖沸钮萍短神圃凿绸碟别成搽螺挝牡脸肇墙署竭波速测试问题波速测试问题
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