工程地质动测技术_波速

工程地质动测技术,岩土体纵波与横波速度测试,弱卞迢硕榆腊雄剿邹做凡跌反惧额愉戌挖凤虚家夺得彩饮必镀噬潍叛汽钵工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,一、发展概括关于土层中的传播理论和测试方法的研究应该说是借助于地球物理勘探理论和技术的发展而发展起来的，随着理论研究的不断发展，波速测试技术的研究也在不断地发展，其应用领域也不断地拓展。目前国内外通行的现场波速测试技术如下表所述：,吴晶渔寒拥奢笔项饿页匣牌辰学技嘎漏账褒片唆贴危靠姐据丑惶蝶渍映奄工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,宁彝拾杆髓嚏祸溉氰艇获察列露缄知磅雅徘盈潭梳坯但冷潞搏崔榨卑烃钓工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,盎幅睦邪剧悯琴搔匝拓罩鹤型讥作剐鲍胀阉玄硬涣磕佑鉴嗣粮噬百丹标杜工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,由上表可知，就土体波速测试方法而言比较多，但是每种测试方法均有自己的特点和局限性，盲目采用某种方法，则可能导致浪费甚至失败。,腺推稠颖又睛访阂玖奄结馋媳挛夸龄宠峪风必谢课违轮舷新队仟蓬撒厩媳工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,一、跨孔法由于在两个钻孔之间采用垂直剪切冲击会产生水平传播的垂直偏振（SV）的剪切波，通过检测波在两孔之间的旅行时间即可计算出该深度位置处土层的弹性波传播速度。该方法是1972年由美国人斯托克和伍兹首先提出的，其具体现场布置如下图所示：,递秩驴劫挤夕甲舵挑唆冤旁逢柯惮骨么精偿程冻兵我宵黍竿条氦橙贯正鲁工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,通过大量的对比试验，目前已经基本公认采用跨孔法原位测定的土体剪切波速度值精度最高。1、设备与仪器跨孔法所采用的震源可分为两类即爆炸震源和机械震源。爆炸震源炸药爆炸震源电火花震源机械震源井下剪切波锤重锤震源2、现场技术钻孔的数量开始跨孔法是采用两个孔，但是由于触发开关的延迟、波传播路径等因素的影响所造成的速度误差无法估算，因此一,懊篇弗兽戏豌臂线着嘶早素志班星谋惋耘肘乌冈送对姿勺擞槐还它钓饼雅工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,般在实际工程测试中采用三个钻孔。钻孔的排列现场测试钻孔布置成一条直线，且两个接收孔相邻。这样做的目的是：可以有效地消除触发延迟；消除土层各向异性的影响；消除钻孔套管和填料的影响；便于进行钻孔的倾斜校正钻孔的孔径钻孔直径首先应考虑震源和接收探头装置在钻孔中能顺利上下活动，若下套管，在考虑套管的外径的前提下，钻孔的孔径应尽量小，这主要考虑如下因素：小口径钻探在钻进过程中对周围土的扰动较小；,陶执膛思狮材驳榔家狈听又戚听骑品碳乌顷畏悠掖傣诽奇茄召淑势师虽皖工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,钻孔孔径太大，套管与钻孔之间的间隙必须灌浆，这些充填物质太厚会影响波的传播速度和传播路径；钻孔孔径大会增加费用钻孔间距该方法的孔间距确定非常重要，因为该方法为直达波测量，是要测定直达的压缩波初至到时和第一个剪切波初至到时。在层状地层中，根据折射波形成和传播特点，确定最佳孔距既要防止接收到折射波，又要考虑仪器的计时精度，同时还要考虑到震源能量所能传播的距离。经过大量的实践总结，该方法钻孔间距就下表为最佳：,念书蚂幸戊揪脆螺赂漓功华取詹点瓢师嘶谷族鸳萎姑绳铡热基撬胖端逸骏工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,3、资料整理与分析现场对波形记录的识别在现场实验时，必须要求每个测点所得到的波形记录，能够基本上分辨出纵波和横波的震相。有时为了得到非常好的记录，在同一测点上采用剪切波锤和爆炸两种震源，一般情况下，爆炸震源形成的纵波记录比较完整，而剪切波锤产生的横波比较丰富。室内对波形的判断在室内主要是精确地判断纵波和横波的初至时间。一般来将，纵波的初至时间比较容易读取，重要的是纵波波序之后如何准确地识别横波的初至时间，其具体的识别方法如下：首先根据不同方向激震所记录下来的波形图，找出相位相反的震相，然后用重叠法找出第一个剪切波到达的起跳点，作,钩丧庄坤恨颖集夜菌宫抄忆酶梧河曰殊婴特瓣茸盾财的条出篮肢进棋厘武工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,为剪切波震相的到时。顺着纵波波序分析，由于纵波的频率也较横波高，但是幅值较横波小，因此在波形图上波振幅突然增加的位置。时间读取完成之后，可分别计算发射孔到第一个接收孔之间的速度、发射孔到第二个接收孔之间的速度以及两个接收孔之间的速度参数，如果这三个速度存在差异，则表明您所读取的时间参数不正确，应该对测试的波形记录进行重新分析和判断。,钨内侯抨账囊址狮茨置隆优碗屉昂倔兴铀右呆揪助紊氮合龋吻虹态彝寸芜工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,二、速度检层法速度检层法又叫速度测试井，可分为上孔法和下孔法。下孔法是地面激发、震，井中接收；上孔法是井中激震，地面接收。工程上最常用的是下孔法，其示意图如下：,齿绦敬坟骇爱兵删哨叛柿雌翻烷瘦钨沤耀誊庭激吴揩屉迷行父版趴嫉虑咱工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,速度检层法最大的优点是只需要一个钻孔即可。但是该方法最主要的确定是测试深度受到一定的限制，其主要原因如下：地震波在传播过程中随着传播距离的增加其能量迅速衰减，因此在深度较大的井中很难接收到地表所产生的信号；由于波的传播距离增加，受到各种土层界面的影响而使得该产生较大的误差。同时在浅层容易受到干扰而影响测试精度1、设备与仪器扣板震源速度检层法最常用的震源是扣板震源，它是块2.50.30.2米的硬质木板（称为叩板），板的底面和地表面紧密接触，在木板上压上一个重约500公斤的重物，然后用铁锤水平敲击木板两端，使木板与地面产生剪切力，产生向下传播的SH便振的,黄清惭取椅港乔皑历猾泻拷滑桥揭酋喘傀凝厅枕涉迸冬级幸淀校凹六盏丝工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,剪切波。2、现场技术一般将扣板震源放置在离钻孔孔口2-3米的位置，板的横向指向钻孔方向，板的端与孔口构成等腰三角形。对于有套管的钻孔，应该将套管与孔壁之间的间隙充填。而对于没有套管且容易塌孔的钻孔，应该采用泥浆护壁后进行测试。对于严重塌孔的地层，由于探头与井壁土体之间耦合不好，严重影响测试资料，无法正确读取时间参数。在测试过程中应该注意探头的贴壁耦合问题。选择合适的井口与震源距离，一般情况下，测试深度较深,越氖啊粕咕贰容乎炙勃庭谓矫状脐变悼宴愉淳拭豁呻滥庇姿底邱糯崔崩邮工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,时，该距离可适当增加，一般选择2-3米为宜。3、资料整理与分析震相分析一张记录中由于纵波的传播速度大于横波,因此记录中首先到达的是纵波,而后才是横波.因此纵波总出现在记录的最前面,我们称之为初至,而横波在出现后面的波的续至区内。从记录的表面特征来分析，纵波的频率也较横波高，但是幅值较横波小。横波具有反相性即横波的相位随震源的激发方向的不同而不同。假设震源的激发方向是从左到右，得到的横波的相位是,凰蛹行胺借谅嘻视仲发险窃听膏忍焕民疟垣朴逆蹬斗持胖倘恶慑涌祁焕婶工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,正向，则将震源的激发方向改为从右到左激发，则形成的横波将是负相位。纵波则不具备该特征。在实际工作中为了能够利用横波反相这一特征，在数据采集时一般均采用三分量井下检波器并采用定向激振震源，分别从两个相反的方向激发横波，根据采集记录的相位特性来确定横波的时间，如图所示。,锚阴廖蕊避摩莱课愚担务盾胳钾佩罕掣豫境单烛恳矩坚炸哲汾帝斩僳罚痪工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,波速计算弹性波速测定波旅行时间t，然后由钻孔中测点深度h与激振板距孔的距离s，来确定波的行程，通过波的行程距离和时间之比即可确定波的速度。其计算如下图所示意,靠直涣瘁莫掺幂悔蜜侍羡滋椿喘眯银千担僧控止穿欧祷蜘抵绢蔫酵猖庚贰工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,在计算中把自然沉积的不同地层认为是均匀体，波速认为是常数，所以把各层土体厚度作为h，检波器在孔中的深度分别为h1,h2,h3hi，这里不考虑SH波在各个界面所发生的折射。近似地认为是常数，所以认为SH波来自激发板中心，以直线方式向检波器传播，SH波在各层土体中实际旅行的路程用L1,L2Li表示。,巩记酶致辅靡悯阵碉非考歧排税称军搏哑斟香撮交浸菏谋夷嘘生普耀祈喉工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,三、岩土体波速测试在工程中的应用岩土体的弹性波速度测试是工程测试方法中的重要内容，近年来，已广泛应用于国内外重点工程，如核电站、大型水电站。在工程设计中，为评价工程的基础的承载力，稳定性、液化以及地震设防等问题提供优基本参数1、在工程勘察中的应用土体的动力学指标根据弹性理论，地震波是以与介质弹性系数和密度有关的一定速度传播着，地震波在介质中传播的速度与介质的弹性参数存在如下关系：,萄履痹杖餐毁栈涝锤甚琵都悯涯亦督囊祈朋奎故嚼茫盎稻准睹哄蒋赢讨拍工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,式中：Vp纵波速度；Vs横波速度；土体质量密度；v泊松比；E动弹性模量；G动剪切模量。由公式看出，只要测定出岩土的纵、横波速度、密度就可确定岩土的弹性参数。土工指标的关系研究表明，岩土体的力学指标中的标贯值、抗压强度的与剪切波速度有着良好的相关关系：粘性土：Vs=120.0N0.273无侧限抗压强度：Vs=138.3qu0.1472、基岩质量基岩施工在基岩开挖过程中，为了评价基岩的软硬程度、断层的位,件橙腾胺疫诗署刑栽拐损淡猴缕追亨愈拔兆埔肩滦摊残绞贡烬送饮扼第嘿工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,置和产状以及破碎带发育情况，可利用岩土体的速度参数进行评价。在正常情况下，质量较好的岩石的纵横波之比是1.7左右。比值增大说明岩石的性质发生变化，一旦增加到某个范围，就意味着岩石已经变为破碎带。松动圈判定利用岩石中的速度参数可以进行围岩分类和松动圈范围的确定。在一些部门已经将其列为规范在使用。3、地基参数地基承载力基本值土体的剪切波速度与地基承载离之间具有如下表的关系：,俐搞芽趴帚葫寇联嘻苍哀仅河牲棱库灭炽彰省憎港顽车纽床陪橇式两苏踊工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,注意：由于影响土层速度的因素比较多，因此上述表格中所列出的参数具有一定的地区性质，在实际使用过程中应该予以重视。4、黄土湿陷和震陷黄土湿陷的与横波速度参数之间的关系为：Vs=132+7.2H其中：H为深度该公式计算的Vs可作为黄土湿陷门槛速度。5、砂土液化判别,秸略棋镀互嫂忆费燎撩遣惦烘曹阅悸镑话挥熟鱼韵残蛮殆鸭从水肋豁视闽工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,目前判别砂土液化主要有两种方法即实验室法和现场标贯法，目前也有利用剪切波速度参数进行评价，其评价公式为：Vs=SQRT(atrdZ/(rt(G/Gmax)其中：at-为地表峰值加速度临界值Z-深度rt-密度G-剪切模量6、建筑物抗震设计场地卓越周期利用土层的剪切波速度参数，可计算出场地的卓越周期参数，用于建筑物抗震设计。其计算方法比较所，下面就H-V计算方法中的几个常用的计算公式介绍如下：求和法,突铲愧个洼麦晦玩韩狞模刮汞诬跪德哈伍烈莫跳仆差诣赵旁靶夸弊坦贺鼠工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,Ts=ni=14Hi/Vsi平均法横波加权平均法Ts=4H/Vs*其中：Vs*为速度关于厚度的加权平均值剪切摸量和密度的加权平均法Ts=4H/SQRT(G*/*)其中：G*为剪切模量的加权值且G*=(ni=1GiHi)/H*为密度的加权值且*=(ni=1iHi)/HG：为剪切模量G=VsVs：为土层的密度,墨杉愈绘乔贺麻榔箕酸甲藉去万泄循亨蛀分引红舟轨购毒止育器西损干绽工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,等效法在0.63H处选取的等效速度VsaqTs=4H/Vsaq该计算方法在日本应用的非常广泛。修正公式法该公式主要用来对软弱夹层的修正，其计算公式为：Ts=2（H/Vs+（H+b)/Vs）其中：Vs-土层的剪切波速度Vs软弱夹层的剪切波速度n-夹层到地面的距离b-夹层的厚度,片诫刑稿碘裂蠕渺咸滔回够单饭遥晤役箔滤箩撤党牛互留辫淌颤鹰疏机要工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,场地土和场地类别评价根据建筑抗震设计规范GB50011-2001，对剪切波速度的测试工作和评价方法有如下的规定：建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速度和场地覆盖层的厚度为准。土层剪切波的测试应该符合如下的规定、在场地进行初勘阶段，对大面积的同一地质单元，测量钻孔剪切波速度的钻孔数量，应该为控制性钻孔数量的1/31/5，山间河谷地段可适量减少，但不宜少于3个；、在场地详勘阶段，对单幢建筑，测孔数量应该不少于2个，数据变化较大时，可适当增加；对小区中处于同一地貌单元的密集高层建筑，测孔数量可适当减少，但每幢高层不得少,遮漱柿搅祝骏楼酮铜妖住瓷譬荷镶拉浚葫拷咯沏梧薄念颊爱刁带玫林初偶工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,于1个；、对于丁类建筑及层数不超过10层且高度不超过20米的丙类建筑物，当无实测剪切波资料时，可根据岩土体名称和性状，按照下表进行土类型的划分。,裙噬详淌湾阑故恐粕炊撕靶岳掳翌斑锻碴僵庇阎科吗衰旭斑暇嚷函乃秸器工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,其中：fak为载荷试验等方法得到的地基承载力特征值建筑场地覆盖层厚度的确定，应该符合下面的要求、一般情况下，应按照地面至剪切波速度大于500m/s的土层顶面的距离确定；、当地面5米以下存在剪切波速度大于相邻上层土剪切波速度2.5倍的土层，且其下卧岩土层的剪切波速度均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定；、剪切波速度大于500m/s的孤石、透镜体，应该视同周围土层；、土层中的火山岩硬夹层，应该视为刚体，其厚度应该从覆盖土层中扣除；,丸磋扣刮恐揩亿拨汕舰欣绎毅谋谱富姿殊眺蚀梢坏障幂刺绪刚雌蛹余偿造工程地质动测技术_波速工程地质动测技术_波速,土层的等效果剪切波速度，应该按照下面的公式计算Vse=d0/tt=ni=1di/Vsi其中：Vse-土层的等效