(高清版)GBT 33521.32-2021 机械振动　轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动　第32部分：大地的动态性能测量

ICS17.160GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015机械振动轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动第32部分：大地的动态性能测量railsystems—Part32:Measurementofdynamicpropertiesoftheground(ISO/TS14837-32:2015,IDT)国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015 Ⅲ 1 1 14地面诱导结构噪声和地传振动的传播 3 34.2地面诱导结构噪声与地传振动——频率影响 3 3 35.2基波传播参数 45.3材料损耗和非线性 75.4大地的几何效应、分层和横向变异性 5.5近场效应 5.6各向异性 5.7地下水的影响——两相介质的岩土材料 6参数估算和测量方法 6.1大地分层和分类：钻孔柱状图和地震勘测 6.2土与岩石 6.3基于指标参数的经验估算方法 6.3.1概述 6.3.2有效(体积)质量密度 6.3.3波速和弹性剪切模量 6.4基于岩土原位贯入试验的间接测定 6.4.1概述 6.5大地动态参数的直接原位测量 6.5.1概述 20 236.5.3下孔(和上孔)测量——地震CPT(S-CPT) 26 29 6.5.6其他原位方法 6.6大地动态参数的实验室测量 ⅡGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20156.6.1概述 6.6.2压电测量 6.6.3共振柱测试 7大地参数确定策略 7.1概述 7.2地传振动和地面诱导结构噪声的严酷度 7.3可用信息的参数估算 7.4原位测量与实验室测量总结 7.5直接测量振动和噪声传播作为测量大地动态性能和使用计算模型的替代方法 附录A(资料性附录)本部分中使用的缩写 ⅢGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015GB/T33521《机械振动轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动》已经或计划发布以下——第1部分：总则； 第31部分：建筑物内人体暴露评价的现场测量指南：——第32部分：大地的动态性能测量。本部分为GB/T33521的第32部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用ISO/TS14837-32:2015《机械振动轨道系统产生的地面诱导结构噪请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015试和估算方法。本部分的第4章概述了地面诱导结构噪声和地传振动，在分。第5章定义了相关的大地动态参数，描述了这些参数间的相关性以及与波传播的基础物理学关系。第6章给出了这些参数的确定方法：6.3给出基于传统岩土工程和工程地质指标参数的经验修正的简单估算方法；6.4给出从岩土的现场贯入试验数据间接测定的方法；6.5和6.6给出更精确的直接在现场原位和实验室测试这些参数的方法。1GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015机械振动轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动第32部分：大地的动态性能测量1范围GB/T33521的本部分提供了轨道系统至邻近建筑物基础之间的大地(即地面诱导结构噪声和地传振动的传播介质)的动态性能测量的指南和方法。目的是确定大地系统的参数，以便可靠地预测噪声和振动的传播、设计满足噪声和振动要求的轨道系统和地基、谋划对策以及验证设计方法。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T33521.1—2017机械振动轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动第1部分：总3符号下列符号适用于GB/T33521的本部分。注：缩写汇总见附录A。B剪切模量(Gmax)公式中的无量纲常数D与损耗有关的距离衰减因子d波的传播距离Ema杨氏模量，低应变动态值f频率G*复剪切模量Gmax剪切模量，低应变动态值Ip塑性指数k*复波数M*复侧限模量Mmax侧限模量，低应变动态值N₆0标准贯入试验(SPT)中的修正锤击数n剪切模量(Gmax)公式中的应力指数P振动功率通量pa参考应力(压力),pa=100kPaQ材料品质因子2GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015Q.岩石品质因子q圆锥贯入试验(CPT)中的锥尖阻抗RR。参考径向距离，斜向或沿表面波功率通量的功率谱饱和度S质点振动速度功率谱不排水抗剪强度t时间V不依赖波型的波速v平均波速Vp压缩波波速Vs剪切波波速水中的声波波速v质点振动速度U₀参考距离的质点振动速度质点振动速度均方根值W一个迟滞环的势能Zp平面压缩波的比阻抗Zs平面剪切波的比阻抗≈α距离衰减指数周期(动)剪应变一个迟滞环的能量损失周期(动)法向应变5SDOF的临界阻尼(阻尼比)7材料损耗因子压缩波的材料损耗因子剪切波的材料损耗因子小应变线性范围内材料损耗因子λ波长2阶拉梅常数，低应变动态值v。5p体积质量密度σe周期(动)法向应力σ'有效垂直法向应力Te周期(动)剪应力3GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20154地面诱导结构噪声和地传振动的传播轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动以机械波形式通过地表下传播。波的传播受大地中程度上受几何效应控制。波的传播方向进行前后往复运动，而剪切波中质点是垂直于波的传播方向运动。因此剪切波能在不同平面中偏振，而P波是非偏振的。真实的大地不是无限均匀的，不同分层和土体之间有自由表面和界波长变化。实际大地中振动传播的波都源于两种基波，因此解决传播波场的问题关键是了解控制这些基波的岩土材料性能，以及这些性能在整个大地中的分布。根据整个传输路径中地层和土体的材料性能以及方法。更多补充信息见参考文献[105]。和基波适用于地面诱导结构噪声和地传振动。唯一的区别是频率以及对应的波长。按GB/T33521.1—2017的规定，轨道系统地传振动的相关频率范围定义为1Hz～80Hz的人体全身振动感知范围(见ISO8041)。轨道系统地面诱导结构噪声的相关频率范围应在可听范围内，GB/T33521.1—2017建议约16Hz～250Hz。地面诱导结构噪声通过振动建筑物表面以声音形式再次辐射，而地传振动主要从振动地板传播到人体全身。地传振动除了对建筑物内的人产生影响之外，也可能对敏感装置甚至建筑结构产生影响。耗机理影响，且具有频率依赖特性。因此地面诱导结构噪声在某地点的传播特性可能与低频振动的传播特性大不相同。5大地中波传播参数第5章概述了地面诱导结构噪声和地传振动传播的重要材料参数，以及理论表达形式和相互关系。4GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015第6章给出了经验估算和测量这些参数的方法。5.2基波传播参数在均匀弹性各向同性固体介质中，存在两种基本平面体波：膨胀波(P波，压缩波)和剪切波(S波)。波的传播速度V与土和岩石传播介质的刚度模量和体积(有效)质量密度有关，如下所示：a)膨胀波波速Vp,单位为米每秒(m/s):…………(1)b)剪切波波速Vs,单位为米每秒(m/s):式中：Mmax——弹性侧限模量，单位为帕(Pa);Gmax--—介质的弹性剪切模量，单位为帕(Pa);p-—体积(有效)质量密度，单位为千克每立方米(kg/m³)。下标max是岩土动力学的术语，表示当动应变(幅值)足够低以使岩土材料表现出线性弹性时，相应模量的最大稳态值。与该最大值相比，当动应变(幅值)增大时，材料非线性导致割线模量降低。将动态模量与岩土力学中常规静态或准静态模量区分开来至关重要。静态或准静态模量是在高应力(应变)和长期(永久)载荷作用下确定的，受非线性和蠕变通常导致岩土材料静态或准静态模量比其线性动态模量低得多。因此，在岩土动力学计算中采用静态模量会导致严重错误的结果。各向同性弹性介质的变形特性通常由两个独立的弹性特征参数来定义，可以是Mmx和Gma。引入泊松比v。作为第二个参数，侧限模量Mmax可通过公式(3)由剪切模量Gmax计算得到： (3)这里，泊松比带有下标0,适用于线性弹性范围的低动应变状态，与岩土力学中使用的准静态泊松比有较大不同。膨胀波波速Vp,也能通过剪切波波速Vs和泊松比v。由公式(4)计算得到： 从公式(4)中可以看出，膨胀波波速始终大于剪切波波速，即Vp>Vs,且当v。接近0.5时，Vp/Vs会急剧增大。泊松比。能通过两种基本体波的波速Vp和Vs由公式(5)计算得到： (5)如引入杨氏模量Emx作为第二个弹性参数，其与剪切模量Gmx和泊松比v。的关系见公式(6):Emax=2(1+vo)Gmax (6)或者，引入体积弹性模量Kmx,能用两个弹性常数中的任一表达。与剪切模量Gmx和侧限模量Mmax的关系见公式(7):……(7)图1给出了大地中应力和变形以及坐标系。受压为正，即σ>0。剪应力t的第一个下标表示方向，第二个表示所在平面。5说明：c——z平面，△τ=△tx。GB/T33521.32—2021/ISO/TS注：两个拉梅常数是一组可选的弹性特征参数。它们与前面定义的弹性特征参数唯一相关。当用于岩土材料时，尽管不常用，也可以通过下标max这种简便方式来表示拉梅常数的低应变稳态值。拉梅常数与其他参数的关系如下：λmax=Mmax—2Gmax=GmZa)剪切模量G=△t/△γb)侧限模量M=△o./△ε:说明：a)△t,=△tr=△r,△γ_=△Y,=△b)约束边界△e,=△e,=0,无横向应变；c)△ex=△Ey=△er,自由边界△ox=△o,=0,泊松比v=△er/注：图示是以Z方向作为主方向。这些定义同样适用于X方向或Y方向作为主方向。6GB/T33521.32—2021/ISO/TSDc)杨氏模量E=△o./△s.岩土材料的阻抗和材料之间的比阻抗是评估两种材料界面之间能量传递效率以及在岩土材料体边界形成界面波的重要参数。然而对于与振动波长相比较薄的地层，要注意不同材料的比阻抗不再是决定振动能量反射和传播性能的重要参数，而是地层厚度。这在典型的隔振屏障性能评估时尤为重要。在弹性各向同性岩土材料体中平面波的比阻抗Z定义如下：a)平面膨胀波比阻抗Zp:b)平面剪切波比阻抗Zs:比阻抗单位为帕秒每米[(Pa·s)/m],将波在传播中的动应力(循环应力)与相应的质点速度相关联。质点速度为v的平面剪切波在剪切波比阻抗为Zs的大地中沿某一方向传播时，在波偏振平面中施加动态剪应力ry等于公式(10)的结果：Tey=Zsv………(10)相应的剪应变γ。按公式(11):……(11)相应的，质点速度v的膨胀波在传播方向上的法向应力σc和法向应变e。分别按公式(12)和公式(13): (12) (13)公式(10)～公式(13)仅适用于一个方向传播的单个基波分量。在驻波、表面波和界面波等多个波分量相互作用的情况下，需要考虑叠加效应，不能简单的应用上述关系式。在基本平面波分量的方向上以单个频率传播的平均机械功率通量密度P,单位为瓦每平方米(W/m²),按公式(14):…………(14)式中：Z—-—波的大地比阻抗，单位为帕秒每米[(Pa·s)/m];——波的单个频率分量的质点速度幅值，单位为米每秒(m/s)。相应地，对于宽带振动传播，功率通量谱密度Spp按公式(15):7GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015式中：………………Sw(f)——波在大地振动传播过程中质点速度的功率谱密度函数，单位为平方米每二次方秒赫Spp(f)——单位为瓦每平方米赫[(W·m²)/Hz]。对于质点速度均方根值为vRMs的宽带振动，总功率通量Ptot为：轨道系统振动属于瞬态和时变振动。当涉及质点速度、应变、应力和功率的典型值时，GB/T33521.1—2017的7.4给出的运行均方根时域振幅或运行频谱值的形式可能最相关。此外根据经验，1s运行时间窗分析得到的典型值可以用来评估岩土材料的动态性能。在这段时间内足够稳定。严格来说，上述公式仅适用于平面波。然而，它们能用来近似模拟轨道系统引起的地面诱导结构噪声和地传振动的真实波。只有在靠近振源(即近场)等特殊情况下，可能需要考虑球面波理论。近场效应将在5.5中进一步讨论。5.3材料损耗和非线性对于轨道系统引起的地面诱导结构噪声和地传振动，岩土材料动应变大多在线性范围内。然而，即使在小应变下，岩土材料仍会出现一定程度的能量损耗，体现为少量的衰减。只有靠近轨道结构动荷载源、轨道附近、陡边缘以及不连续的位置，才能出现较大的动应变。当列车速度等于大地瑞利波波速(临界列车速度)和大于大地瑞利波波速时，即跨瑞利波波速，可能出现过大的轨道和大地振动，此时应变值很大，在仿真、分析和缓解措施的研究过程中需要考虑非线性[102]。研究地面诱导结构噪声和地传振动时，采用粘弹性模型(Kelvin-Voigt模型)和材料损耗因子η既方便又具有足够精度。η定义按公式(17): (17)式中：△W——一个加载周期中的能量损失，单位为焦(J)。如图3所示，材料损耗因子量化了振动波通过的每个加载周期能量损耗。8GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015a)迟滞阻尼比定义b)Gmx和G.定义Y₂——非线性弹性范围内或更大的应变幅值(应变范围的定义见图8和图10)。图3岩土材料的迟滞阻尼定义 (18)在土动力学和岩土地震工程文献中[20],岩土材料兑迟滞损耗通常被定义为阻尼比或阻尼系数。注1:土动力学和岩土地震工程文献中使用的阻尼比或阻尼系数通常表示为ξ,与材料损耗因子η相似，同样用迟力学系统中的临界阻尼(阻尼比)5混淆。临界阻尼的定义为5=C/C。=C/的系统的临界阻尼(相同。岩土材料的损耗特性具有摩擦和迟滞阻尼性质(轻微非线性),而非粘性，因此对频率几乎不敏感。为了模拟迟滞损耗特性并同时保持线性粘弹性公式的方便性，引入与频率成反比的粘度参数。这消除了粘弹性材料固有的频率相关性，而迟滞材料特性不具有频率相关性。这种损耗形式通常被称为线性滞回[20]。采用Kelvin-Voigt公式，得到复刚度模量为：a)膨胀波的复侧限模量M*:M*=M(1+iηp)……(19)b)剪切波的复剪切模量G”:G*=G(1+iηs)…………(20)9GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015复模量也导致复波速和复波数。当用复数模量替代传统的实数模量时，上述的所有波传播公式都这里k₂是表示波随传播距离的损耗注2:复波速和相应的复波数可分别表示为V*=V₁+iV₂,其中V是波的传播速度。参考文献[20]和[91]中详细介绍了复波速和复波数。振动波从距离R。传播到R时，岩土材料损耗因子对振动波衰减的作用能按公式(21)表示：e-a(R-Ro) (21)因子D的关系能按公式(22)表示：e-a(R-Ro)=e-2nJD(R-Ro)/V=e-2xD(R-Ro)/A…………(22)V——波传播速度，单位为米每秒(m/s);f——频率，单位为赫(Hz);D——与损耗有关的距离衰减因子。对于低损耗因子，D能近似为D=η/2,只要η低于约0.3,该近似即可成立，图4给出了两者间的精确关系。差值R-R。是所讨论的波的实际传播距离。从公式(22)能看出，振动波在传递过程中每个波长距离的损耗衰减率为常数。的关系。从该公式可以看出，D不可能超过0.35。rr000.20.说明：注：数字需要乘以100以给出阻尼值的百分数。图4与损耗相关的距离衰减D和迟滞阻尼比5GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20155.4大地的几何效应、分层和横向变异性在地面诱导结构噪声和地传振动随距离增加的衰减中，几何效应的影响通常超过土体自身损耗的影响，特别是低频时。基本的几何效应通常称为辐射衰减、距离衰减或几何衰减，是由于波在远离信号源传播扩散开时，波能量分布在越来越大的表面上。这导致传播距离越远，振动波功率密度越小，振动幅值也随之减小。大体上，当能量以波的形式从点振源向各向同性均匀介质远处传播时，几何衰减导致基本体波幅值的降低与传播距离呈正比。材料损耗机理更进一步加剧了波能的衰减。对于均匀弹性半空间体，除了两个基本体波外，还存在一种表面波。表面波也叫瑞利波，在相同材料中，瑞利波波速Vr略低于剪切波波速Vs。Vr/Vs的比值取决于泊松比，介于0.87～0.96之间。图5绘制了VR/Vs和Vp/Vs与泊松比的关系。瑞利波沿自由表面传播，质点运动轨迹为逆向椭圆形，随着深度的增加而逐渐消失。大多数瑞利波仅在大约一个波长深的地层中传播。这意味着在半空间中，低频比高频的波渗透更深。来自点振源的瑞利波波能沿圆柱形表面而非球形表面传播。因此，这种几何能量传播导致瑞利波的振幅衰减与距离的平方根成正比。YY32113022——P波；图5瑞利波和P波波速与剪切波波速归一化比值与泊松比关系在许多情况下，表面波对轨道系统的地面诱导结构噪声和地传振动是至关重要的。首先，来自面振源的大部分能量转换为表面波；其次，表面波的距离衰减比体波小，因此传播距离越远表面波越占主导。对于均匀半空间，包含几何衰减和材料损耗衰减的总距离衰减能用公式(23)表示： (23)在公式(23)中，v。和v分别是距离振源R。和R处的振动质点速度。对于均匀半空间，介质中体波(P波和S波)的指数n为1,表面瑞利波的指数n为0.5,对于体波表面响应的指数n为2。公式(23)中GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015频。从本质上讲，公式(23)仅适用于振动传播由单一波型控制的区域。如果来自隧道的传播由体波主然而公式(23)在用于实际情况时已经进行了大量简化。除了近场效应之外，实际大地的分层和不均匀性均可能与该公式的预测结果有严重的矛盾。并呈现出多种波类型。弥散波传播速度具有频率和波长依赖性。弥散现象导致多种波形和不同模态出现在层间界面并沿该界面在层内传播。上述不同种类波型存在的程度、携带多少波的能量以及他们是性可能是大不相同的。如果大地层理以及岩土材料的基本动态性能是已知的，那么这种复杂介质中的波传播在某种程度上能通过计算工具进行建模。然而，为保证理论模型可解，建模过程通常需要以可控的方式做大量简在大多数情况下，基于轮轨关系的列车和电车的长度比线路至所关注建筑物的距离长。而列车各系列不相干的离散振源。对于沿着线路方向的离散点振源，导致产生相干振动的距离，低频比高频更长。波和膨胀波无法分离，表现为一个合成波。离开振源的距离超过约三个波长后，近场逐渐转变成远场。因此当频率低时，近场范围可能很大。在近场中振幅随距离衰减不是单调的，即使是在均匀大地条件土和岩石通常具有各向异性的传播特性，即全局各向异性或材料各向异性。全局各向异性是由于大地分层、断层等原因引起的，而材料各向异性则可由矿物颗粒各向异性或各向异性的应力条件等引起。全局各向异性可显著影响轨道系统的地面诱导结构噪声和地传振动传播。散射和衍射会导致过多振动的预测和设计过程中需要考虑这些因素。该问题的详细讨论见5.4。材料各向异性通常没有全局各向异性显著,对波的传播特性影响较小。这种各向异性很难通过现当直接在某一地点进行大地的噪声和振动传播特性原位全尺寸测量时，测得该地点固有的全局各性的差异可导致较大误差。5.7地下水的影响——两相介质的岩土材料GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015但需要重点注意，由于与软土颗粒相比水的压缩性低，完全饱和松土的膨胀波波速Vp通常约为1500m/s,比其剪切波波速Vs至少高一个数量级。使得表层有效介质的泊松比v。接近0.5,能给一些数值计算工具带来问题。更需注意，这种情况仅对完全饱和土适用。即使在孔隙水中存在微量空气或气体，也会急剧降低P波在有效介质中传播速度，数值接近Vp=2Vs,见公式(28)和6.3。更多有关饱和土中波速的细节参考流体置换理论。同理，通过测量P波波速估算S波波速也是不合适的。对于波注：Biot-Gassmann流体置换理论中详细介绍了孔隙流体对岩土材料波速影响的研究，更多阐述见参考文献[39]、变化的地下水位和季节性河流水位会以上述方式改变振动传播特征。然而，季节性变化的水位不能确保所有材料表面都被润湿，也不能确保土体相对于P波波速而言重新达到完全饱和程度。考虑饱和的意义在于获取准确的P波波速和体积密度。P波是地下轨道系统一个主要问题。相反地，对于地6参数估算和测量方法在对轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动进行评估之前，对现场土体状况和分层进行基水位深度是必不可少的信息。地面诱导结构噪声和地传振动问题无关。然而重要的是，噪声和振动专家可以获取充分的岩土和地质对噪声和振动问题能更高效地开展补充钻孔和勘测。岩土和工程地质现场勘测方法是专业化的，不同的国家和地区会根据当地情况做不同的调整。这些超出了本部分的范围。最常见的勘测方法概述详见参考文献[14]和[19]。常用的岩土和岩石力学指标参数见参考文献[16]。除了提供现场土和岩石类型和范围等一般信息外，传统的岩土和岩石力学勘测数据揭示的指标参典型现场标准勘测方法包括一般回声探测法(根据当地实际情况不同会有调整)、圆锥贯入试验(CPT)、标准贯入试验(SPT)、取样实验室测试，还有常规的地震折射法。对于动力分析有用的指标参参数评估大地动态参数的方法见6.3。6.4介绍了通过原位贯入试验(CPT和SPT)间接确定动态参数的方法。6.5介绍了采用专门的原位测试方法直接测量大地的动态性能，以获得更可靠的数据。通过直接获取动态性能数据。用于测量试样动态性能的专业实验室方法见6.6。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20156.2土与岩石为了确定大地的动态性能，需要注意的是，土和岩石在大多数地质条件下的特征有明显区别。因此，为方便地评估其动态性能，应使用不同的方法。相关的土和岩石在下文中分别介绍。然而宜注意到，在某些地质和环境条件下，土与岩石之间的区别并不明显，这在存在残积土的热带地区较为常见。这些残积土从松散土缓慢渐变到较坚硬岩石。对于残积土，明确区分矿物颗粒和空隙可能是无效的，因为颗粒在潮湿条件下，会破碎、吸收水分从而完全改变自然特性。6.3基于指标参数的经验估算方法基于一般岩土和岩石力学指标参数以及传统的现场勘测和实验室检测数据，有大量的经验和半经验方法来估算岩土材料的动态性能，本条提供了一些预测公式。文献中也包含了可供选择的预测公式，能为特定和局部的地面条件提供更好的估算。公式能具有不同的形式，或者在常数和指数的取值上有差异。因此，建议对相同地理区域的早期经验进行文献检索和综述。在早期阶段或在地面诱导结构噪声和地传振动不是特别严重或其对土的特性不很敏感的项目中，这些预测方法可能被认为足够准确。以下条中公式规定了岩土和岩石力学参数，更详细的定义和解释见参考文献[16]。6.3.2有效(体积)质量密度如果部分或完全饱和土的有效(体积)质量密度p不能直接在工程现场原位测量或实验室测量，能通过公式(24)估算：p=(1-φ)pmineral+φS,Pwater……(24)φ--—土的孔隙率；S——水的饱和度；Pmincr——构成颗粒的材料质量密度，对于石英材料，接近2700kg/m³;Pwaer——水的质量密度，接近1000kg/m³。6.3.3波速和弹性剪切模量在评估和控制轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动时，剪切波波速Vs和相应的低应变剪切模量Gma通常被认为是最重要的大地动态参数。两者关系见公式(2)。Gmx和剪切波波速Vs取决于土特性和土中有效应力。如果剪切波波速Vs或Gm没有直接在现场或实验室测量，可从原位应力状况和岩土材料指标参数中进行估算。可按公式(25)得到较好的 (25)B——无量纲常数，对于大多数砂和砾石通常接近700。f(e)——土的空隙比e的无量纲函数[46],具体为：f(e)=1/(0.3+0.7e²)………(26)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015公式(25)和公式(26)适用范围限于孔隙比e<1.2,与φ<0.55(即55%)相一致。pa——100kPa为参考压力。定Gmax的深度处的八面体有效应力σot。参考文献[44]和[47]中有更多近期关于这一类经验关系的阐述。在常见的大地中，垂向有效应力σ,是由覆盖层重量(地下水力。见公式(24)估算质量密度。0.7之间。然而在特殊地质区域可能存在更高的数值。Gmax=(20800/Ip+250)s。 (27)图6提出了另一种估算Gmax的方法，即利用粘土指标参数超固结比OCR[26]。图6绘出了Gmx/sDSs与OCR关系。sDSs为直接剪切装置DSS中测定的不排水剪切强度。所有术语定义和进一步解释见参考文献[16]和[26]。关于这个问题的补充公式见参考文献[98]和[99]。YY600400200L102030403452Y——Gmax/sD⁸。对于干燥和部分饱和土，颗粒基质的低应变泊松比v。的值通常在0.2～0.3之间。在这个范围内，度达到约0.99。对于完全饱和软土(典型的Vs小于200m/s),膨胀波波速Vp能按公式(28)估算：GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015…………公式(28)仅适用于真正的高饱和度(>0.9999)。对于中饱和度和硬土，关系变得更加复杂，需要应用更完善的Biot-Gassmann流体替代方案[39]。关于波在水饱和颗粒材料中的传播深入探讨见参考文献[40]～[42]和[108]。石性能的常用指标参数是岩石品质因子Q.,参考文献[43]对其进行了定义，参考文献[38]做了进一步确定的一个无量纲参数。然而Q。值不应与公式(18)定义的材料品质因子Q混淆。如果现场岩石的Q。从轨道系统项目的工程地质勘测中得到，按公式(29)能大致估算岩体的膨胀波波速Vp,单位为千米每秒(km/s)[38]:Vp=1gQ。+3.5………(29)图7给出了不同岩石类型典型Vp值范围，在参考文献[43]和[38]中也提到了。对于大多数岩石，低应变泊松比v。的值典型分布在0.2～0.3范围内，利用公式(4)能通过Vp来估算Vs。在这个泊松比范围，波速比Vp/Vs对v。不是特别敏感，在该范围内评估Vs时不会引入较大不确定度。基岩基岩水泥砾石(智利) 里阿斯页岩(厄勒海峡)白垩纪石灰石(厄勒海峡)中新世石灰石(利比亚)始寒武统/寒武纪砂岩始新世石灰石(利比亚)寒武-志留纪石灰石约特尼砂岩(利马)加里东石英岩片麻岩花岗岩变钙长辉长岩辉绿岩(利比里亚)地震波波速(km/s)图7适用于微风化和中度断裂的岩石典型P波波速Vp范围材料具有近似理想的线性弹性特性。然而，即使在这样的小应变情况下，材料也有少量的内部损耗ymin。对于较高的应变状态(如靠近振源，跨瑞利波波速等),岩土材料表现出不断增加的迟滞非线性行为，并导致额外的迟滞损耗。图3阐明了迟滞剪应力一应变环，并定义了初始动态剪切模量Gm和割线动态剪切模量Gse以及迟滞材料损耗因子η,η定义见公式(17)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015量化岩土材料动态非线性的一种简便方法是绘制标准剪切模量Gsee/Gmx相对于循环剪应变γ。的然而Gs/Gmx比值一直保持合理不变，因此Gse/Gmax曲线也适合退化材料。对于排水加载时，材料由有效。不同状态发生转变的应变值称为临界应变。线性循环临界剪应变ya成为“非常小应变”和“小应图8b)绘制出相应的迟滞材料损耗因子η与循环剪应变γe关系图，同样分为三个应变水平状1——线性范围；2——非线性弹性范围；3----非线性范围；4—-1000次循环；5——1次循环；X——循环剪应变γe,%;Y₁——归一化剪切模量G/GmaxY₂——材料损耗因子η,%。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015对于更多的塑性粘性土(粘土),可塑性程度会对归一化剪切模量Gsge/Gmx、损耗因子η与循环剪中Ip=1时曲线与图8中无粘性土材料相同。对于塑性粘土，应变临界值和循环行为状态区域取决于Y₁Y₁11p=200020(N=1,ORC为1～15,对于一定范围的塑性指数值I。为0～200X——循环剪应变γ.,%;Y₁—-—归一化剪切模量G/Gmax;Y₂——材料损耗因子n,%。图9不排水塑性土的典型非线性模量降低和阻尼变化曲线与塑性指数IpGB/T33521.32—2021/ISO/TSb)材料阻尼变化曲线(N=1,ORC为1～8,对于一定范围的塑性指数值Ip为0～200)说明：1——γ均值线；2——yw均值线；3——非常小应变；4——小应变；5——中到大应变；X——循环剪应变γ.,%;Y-——塑性指数Ip,%。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015一的曲率关系，详见参考文献[28]。对于Gse/Gmx(Ye)曲线平坦区段在“非常小应变”状态下没有曲率，传统的迟滞理论认为是零损耗。然而实际表明，岩土材料在“非常小应变”状态下也会产生小部分迟为6%~14%,粘土为4%～10%。对于轨道系统产生的地面诱导结构噪声和地传振动，由于地层之间模糊过渡、土体不均匀性等，会引起明显的额外损耗，深入讨论见5.4。模拟波在实际大地中的轨道系统传播时，当包含这个效应时，表现的总损耗因子可能高达15%～20%。6.4基于岩土原位贯入试验的间接测定采用圆锥贯入试验(CPT)和标准贯入试验(SPT)等方法收集的岩土原位测量数据，可通过经验公式粗略估算Gmax、Vs。6.4.2圆锥贯入试验岩土土质在软到中等硬度条件下，圆锥贯入试验(CPT)是一种常用的岩土参数原位测定方法。该方法是基于标准圆锥体被连续压入地面，同时测量锥尖阻抗、孔隙压力和锥尖套管摩擦力。该方法详见参考文献[11]、[17]、[36]和[93]。CPT测试中得到的可用于估算大地动态性能的关键参数是锥尖阻抗，该参数与贯穿深度q₁(z)有关，单位为千帕(kPa),可用于修正孔隙压力的影响。如果已知孔隙比e(z)随深度变化，对于粘性土，如粘土，Gmax能按公式(30)进行粗略估算： (30)基于参考文献[20],[36]和[48],公式(30)是按国际单位制(SI)重新表达。参考压力pa=100kPa,与公式(25)中相同。按公式(30)得到的Gmax单位为千帕(kPa)。对于无粘性土，如砂，按公式(31)能从测量对应深度q,(z)的锥尖阻抗来粗略估算Gmax:Gmax(z)=1634q,(z)0.25σ'y(z)0.375 (31)才能保证预测正确。如果适用公式时可以明确区分粘性或无粘性土，上述两个公式可给出合理的估算。但如果适用时无法明确区分或为混合土体类型，可导致严重错误的结果。然而估算动态剪切模量或剪切波波速更可靠的过程来自CPT测探，正如在参考文献[104]中做的阐述，这个过程将构成相当长的工作流程，其中一些最初的操作是对土类型进行分类。这比简单的公式更通用、可靠和普遍适用。6.4.3标准贯入试验岩土土质在中等到硬粒状的条件下，标准贯入试验(SPT)是迄今为止最久、最常用的原位岩土工程勘测方法。该方法是将贯入采样器打入钻孔的底部土体中。在每个间隔，通常贯入器被打入土体46cm,穿透最后30cm所需的打击次数作为标准贯入击数N。该数值得到归一化值Ns。,对实际的设备击打效率和覆盖层影响进行修正。采样器、驱动装置和击打速率在一定程度上是标准化的，但也有很多地区或国家做了调整。SPTNso因此被认为是一种相当粗略的测量土体抗力的方法。该方法的详细阐述见ISO22476和参考文献[17]。然而如果没有更好的资料，SPTN值可通过以下经验公式对大地动态性能进行指示性预估。虽然20GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015Vs(z)=aN₆₀(z) (32)N₆0(z)———SPT测探中对深度z归一化的锤击计数；a典型值范围为80～120;b接近1/3。参考文献[33],[35],[100]和[101]中提出了一些特定土的系数。所得到的剪切波波速单位为米每秒(m/s)。Gma(z)=4.38N₆₀(z)0.333。mean(z)0-5 (33)公式(33)中Gmx单位为兆帕(MPa),σman(z)是相应的与深度相关的平均有效覆盖层压力，单位为千帕(kPa)。公式(33)来自参考文献[20]和[34],但转换为SI单位。对于粗粒土的预测是最可靠的，对细颗粒土的预测可靠性较差。为项目初期的筛选方法。如果筛选表明地面诱导结构噪声和地传振动可存在影响，采用6.5和6.6所述宜通过在变化范围中对变量随机取值并进行敏感性研究，然后据此假设所确定参数的合理变化范围来相比上述间接方法，在现场直接原位测量能获得更可靠的大地动态性能。这种直接测量方法利用球物理地震法。地测量大地剪切波波速参数最适用和性价比最好的方法。特别是对于软土场地，地震CPT衍生的下孔特定条件下更合适。表1概述了所有提出的方法，并总结了其主要特点、优点和缺点物理方法适用性的更一般概述。程度上依赖于大地有效侧限应力。因此，这些参数仅适用于已被测量的现场应力情况。如果这些参数GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1直接测量大地动态参数——总结和评估最适合轨道系统地传振动的现场方法和实验室方法方法主要特征优点缺点适用等级分层GmxMmxV0低应变Ge/Gmax高应变7现场方法面波法沿仪器给定的线性剖面测量表面波的散)。该频散信息反过来给出各剖面S波波速与深度。30m～50m很适用，高效，常用。不需要任何钻孔。传感器放置在地面上。振源在地面。在任何地表工作。沿剖面给出平均属性。靠近表面分辨率更高穿透性有限。低频波源很难实现深穿透的要求。在较大深度处分辨率有限。不会或几乎不会沿剖面取得大地特性的横向变异性。横向变异性会质量2311100地震CPT(改进的下孔法)测量S波从表面振锥尖一个或多个振动传感器的行进时间。连续穿透，测度。也用于P波。在软土中穿透深度30m～60m。深度分辨率0.5m~常用，高精度和高分辨率，但略低于跨孔法。测量过程中易于快速穿透。提供来自同一组的普通CPT数据不能穿透硬地基和砾石、岩石。如果只有一个传感器，则取决于可靠的触发信号3322100下孔悬挂记录器振源和拾振器都包含在测井工具中，两者下降到填充有水(或钻井液)的预钻孔，测量S波和P波在振源和拾振器间沿着钻孔的传播时长。S波需要夹紧固定。渗透深度不受实际钻井深度的限制。深度分辨率0.5m～lm新技术。经验有限。高精度和高分辨率，但略低于跨孔法。不需要多于一个预钻孔。可以记录其他参数取决于可靠的触发信号。记录工具和钻孔相互作用可能会掩盖测量223200022GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1(续)方法主要特征优点缺点适用等级分层GmaMmaxVo低应变G./Gmax高应变7现场方法跨孔法从一个预钻孔中的振源到周边一个或多个平行孔中的接收器，测量的S波和P波的传播时长。穿透20m无偏差测量；实际钻孔深度内无偏差测量。深度分辨率0.5m～1m精确的波速测量和高分辨率。适用于土和岩石。可以进行层析测量需要两个或多个钻孔(和套管)。依赖平行孔。易受近场效应影响。较大的刚度对比可能会由于误差3333100实验室方法压电弯曲元剪切波由压电弯曲元产生，透射通过试样并在另一端被另一个压电弯曲元接收。波速由记录的行进时间和试样高度确定。压电弯曲元是产生和记录S波的理想选择，与中等硬度土的理想阻抗匹配。为了测量P波，还需要一组固体(非弯曲)压电晶体，该评级在括号中给出在普通三轴和DSS测试装置内工作。可以在测试的任何阶段进行测量。快速测试，可以重复做应变水平低，无法控制03000共振柱将圆柱形试样调谐为共振。从谐振频率可以确定响应波速和材料损耗因子应变水平可以控制，从非常低到中等应变。可以在不同循环应变(应力水平)下进行试验。线性弹性到非线性弹以在三轴试验期间的各个阶段进行测量最适用于软土0300333GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1(续)方法主要特征优点缺点适用等级分层Vs或GmaxMmaV0低应变Gec/Gmax高应变7实验室方法循环三轴DSSDSS测试模式的三轴试样暴露于循环(重复)加载，并测量响应。记录完整的应力一应变环。正割模量和材料损耗因子可以确定可以测试高应变(应力)。涵盖了非线性弹性和非线性区低频测试。线性弹性范围不可靠0111133注：等级：3极好，2合理，1临界，0不适用。地震表面波测量是一种非侵入式的方法，用于映射局部大地原位动态性能和覆盖较大场地。由于于轨道系统引起的地面诱导结构噪声和地传振动时的建议。面波法原理依赖于地震波的基本特性，特别是瑞利波，如5.4所述。这些波沿着表面传播，并且相关质点运动被限制在深入土体0.5倍～1倍波长的地层中。所以具有短波长的高频波分量将“感测”大随深度而变化。瑞利波波速与大地中剪切波(S波)波速密切相关。因此，表面波频散主要反映了岩土材料S波波速如何随深度而变化。所以表面波测量主要是测量现场岩土材料剪切波波速与深度。表面波测量包括三个基本步骤(见参考文献[78]):a)规划和设计表面波现场测量，沿着要调查的剖面使用适当的振源和接收器阵列(足够的能量、c)在调谐的正演模拟或反演过程中，使用频散数据(即相速度、群速度或慢度对于频率或波长的函数),推导出调查剖面内地面剪切波波速和动力特性与深度的函数关系。面波法各种实现方式不依赖于波的产生路径，表2给出了传感器如何沿剖面布置、所使用的传感器24GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015的是1D剖面，有时也为2D剖面。这些实现方式也不同程度地推导出P波波速和随深度的波衰减特表2面波法测量大地动态性能——各种方法的总结和评估类型关键特征优点缺点A———多测点方式，多波段分析表面波(MASW)a2DFFT,f-k变换傅里叶变换数据从时间一距离域变换到频率—波数域。根据频率和角波数的比例确定频散曲线和相位速度除了基本模态外，可以确定高阶模态。方法具有高分辨率。如果使用较大数量的传感器，则各分组传感器可以确定沿着剖面的横向变化需要大量同时采样的测点，至少24个～48个，最好更多(最多256个),间距0.5m～1m。需要间隔一致的采样时间和间距。由于间距上采样数量不足容易导致空间混叠b相位慢度时间截距(r-p变换)共炮波场的倾斜叠加应用于从时间一距离域到相位慢度时间截距(缩短时间t)域，随后在缩短的时间轴上进行傅里叶变换与A-a相同。不需要间隔一致的传感器间距需要大量传感器测点，密集间隔。数据需处理c相移法数据傅里叶变换为频率—距离域。根据每个频率堆叠前的范围应用相移对数据处理不敏感。不需要间隔一致的传感器间距需要大量传感器测点，密集间隔。数据需处理。分辨率敏感处理缓慢d频率分解倾斜叠加冲击数据扩展到扫频数据。针对每个频率的速度范围进行倾斜叠加，以将数据重新映射到相位速度与频率提高分辨率和模态分离。不需要间隔一致的传感器间距需要大量传感器测点，密集间隔。数据需处理e高分辨率Radon变换时间一距离域数据转化为频率—距离域。每个频率应用高分辨率线性Radon变换不需要间隔一致的传感器间距。在低频和深度穿透两方面提高分辨率需要大量传感器测点，密集间隔。数据需处理B——有限测点方法a时一频表示法多个过滤器分析应用于选定的痕迹。应用小波变换或Gabor变换。确定群速度与频率在单个或几个测量点工作。可以选择横向变异性有限的分辨率b表面波光谱分析将一组传感器(2个或4个)按从小到大的距离连续移动布设，以共同的中点进行激励。相速度与频率由到达不同测点之间的相位差确定需要少量测点，数量有限的传感器和测量通道主要依靠成功的相位展开。获取时间长GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表2(续)类型关键特征优点缺点C使用连续振源，每次按一个频率。传感器沿着地面移动以定位节点，从而得到波长与频率。或者使用接收器阵列，并且从相位角对距离的斜率确定波长具有较高的信噪比。对背景扰动不敏感。需要很少传感器和测量通道获取时间长。有限的穿透深度，除非使用重型振动筛C—被动面波法a被动阵列法利用环境振动。利用方向一致性分离波包不需要振源。可以深入渗透获取时间长。需要2D传感器阵列。在近海比在陆地更有效如何产生足够的全频域波能量使之能整个覆盖被要求调查的深度范围是最大的挑战。来自各种振源的波记录数据需要组合起来构建完整图像。波形叠加应仔细考虑，注意不同来源之间的相位差。为获得深度穿透，在足够低频率下产生足够的能量特别具有挑战性。软到中等硬度大地的实际最大可勘测深度约为30m～50m。检波器。然而保证足够的低频响应以覆盖所要求的最大穿透，以及传感器间相位匹配准确(通过校准检直线等间隔0.5m～1m摆放至少48个～96个主要传感器以覆盖整个被调查的剖面。可通过使用较接收器不规则间距设置，或仅使用少量接收器。表面波频谱分析(SASW)[82和表面波多通道分析(MASW)[78]都能及时地在相同数据集里运行。注意设置仪器的剖面长度宜至少等于所需的调查深度。尽管处理表面波数据有不同的方式(见表2),所有方法从本质上依赖不同接收器之间的映射相位差。最直接获得频散曲线的数据处理方式，是从表面波数据集中通过二维傅里叶变换将时间记录随偏移距离的关系转换成频率随波数的关系。这种方法需要沿地面等距离密集摆放传感器以及按照“优秀图11给出一个典型的现场测量设置、数据处理和反演的步骤，通过误差指示器得到频散曲线和最佳估计Vs曲线。26GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015处理处理00H₁,Vsi0H₂,Vs₂H₃,Vs₃评估模型反演0图11表面波测量设置和结果大多数反演方案都假设大地在仪器放置剖面的范围内是横向均匀的，其结果表示在该长度上的平均性能。然而，一些方案确实具有解决一些横向变化的能力，但是精度近表面时具有高分辨率和高精度，然而随深度加深(至勘测范围的极限)分辨率和精度变差。因此，方案中报告参数空间、不确定度和分辨率非常重要。除了Vs曲线外，还能从表面波数据中通过耦合分析和反演来评估固有衰减(例如损耗因子),但使用较少。需补充说明的是，关于岩土工程现场勘察中分层和质量密度等先验信息，很有助于提高表面波反演的可靠性。以下孔法测量、更好的S-CPT和几个表面波勘测剖面的组合测量来覆盖整个现场通常是最佳策略。表面波测量也是一种更局部的测定碎石、压实砂砾、碎填石动态性能的有效方法。该方法特别适用于在压实工作前后比较测量来记录压实效果。有关表面波数据采集、处理和反演的更多信息，见参考文献[49]～[87]和[107]。6.5.3下孔(和上孔)测量——地震CPT(S-CPT)下孔测量仅使用一个钻孔进行。振源通常放置在接近孔的地面上，地震传感器被固定在孔壁上，如图12a)所示。地震波到达时间记录在与振源处触发信号或在振源附近传感器信号相关的传感器中。通过将接收器向下(或向上)移动一个深度间隔并重复测量到达时间，即可通过公式(34)计算在该深度间隔上岩土材料平均垂直波速V:式中：。,a+1—分别是传感器位置n和n+1的深度值，单位米(m);采集到达时间的方法与跨孔法测量相同(见6.5.4)。典型测量深度间隔为0.5m～1m。通过将传感器连续向下(或向上)逐步移动并重复测量，建立岩土材料波速沿孔深的分布。下孔法测量的标准化程序参考ISO22476和ASTMD7400。作为这种逐步间隔测量程序的替代方案，可在钻孔中使用一系列相等间隔的传感器，这样能对来自同一振源的不同深度记录的信号进行更详细和准确的分析。S波测量使用地面上的水平作用振源和水平地震传感器。最常见的是一种冲击振源，其形式是将木板或棒子用静荷载压在地上，然后用锤子锤击端部。通过撞击另一端，产生具有相反极性的波。产生的波是垂直传播和水平极化。或者可使用激振器。如果从振源到钻孔的距离与测量深度相比不能忽GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015略，则需要对倾斜的波传播路径进行修正。大地动态性能中的各向异性能通过将振源和接收器的方向围绕垂直轴转动90°并且重复测量进行量化。P波能通过使用垂直振源和垂直传感器进行测量。下孔法适用于土和岩石中。在松散土中，钻孔需要套管，优选塑料管。在其他条件下，可能需要回填材料来确保套管和周围土适当的耦合。上孔法对相同设备做了改变，其中振源被固定在钻孔中，传感器在地面上，如图12b)所示。在此设备中，垂直运行的振源产生P波。为了产生S波，像跨孔法中所描述的旋转振源的方式是唯一选择。单传感器下孔或上孔测量精度不够，因为其依赖不一定重复的触发信号。用下孔和上孔法测量P波由于土体与钻孔套管无意的交互作用而可能不可靠。a)下孔测试原理a)下孔测试原理d)上孔测试设备d)上孔测试设备2——接收器(用于下孔测量设置包括气动固定装置);图12下孔和上孔测试装置GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015实际应用中地震CPT装置(S-CPT)最适用于下孔测量。在软土中高效的下孔测量不需要预钻孔，非常适合在轨道系统的地面诱导结构噪声和地传振动中应用。该装置由传统的CPT锥体组成，带有安装在摩擦套管尖端装置内的水平地震检波器或加速度计形式的地震传感器，如图13所示。更多细节见况下跟踪偏差，如6.5.4所述。测量遵循的间隔程序与常规下孔测量所述的完全相同，并且能在同一过程中与岩土CPT探测相结合。为在每个规定的深度间隔进行地震测量，锥体穿透应短暂暂停，通常每个深度间隔为0.5m～1m。S-CPT最适合于通常能获得足够穿透的软土到中等硬度土。在较硬土中，下孔S-CPT测量需要具有高频地震信号和足够高的采样频率，以获得尖锐清晰的到达时程并减少穿透深度，这在下孔法中比在跨孔法中更重要。实际上，下孔测量和S-CPT测量的穿透深度限制在土中30m～60m。S-CPT装置使用一个或两个(或更多)传感器。在两个或多个传感器设备中，地震传上孔和下孔测量也能通过降入预钻孔中的测井工具进行。测井工具在一定垂直间距处包含波源和接收器，如图12d)所示。该技术采用碳氢化合物测井方法。测井工具通常沿钻孔测量P波和S波波速，还可包含测量质量密度、含水量、电阻率等的传感器。该工具的各种版本称为“垂直地震记录仪”GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20155——锤；6——剪切波源；图13地震CPT测试设备(地震圆锥贯入仪)传统地震跨孔法测量使用两个或更多钻孔来测量孔间传播波的大地动态性能。跨孔法测量最简单的形式是使用两个平行垂直孔，一个用于脉冲地震能量源，一个用于地震接收器。通过将振源和接收器固定在每个孔中相同高度处，水平方向上的波速能根据孔之间的距离d,除以测得的从振源触发信号到接收器之间通过时间△t(z)确定： (35)通过连续等高度间隔重复测量，能建立现场土体波速对深度的剖面图。测量点的典型深度间隔为0.5m～lm。通过使用两个以上的平行钻孔可获得更可靠和精确的测量值，见图14a)。然后能根据相邻孔到达GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015时间差来计算波传播速度。这消除了触发信号不确定性的误差，也消除了振源和接收器与大地耦合可过目测在时域显示中使用共同相位点来获取到达时间，或通过使用互相关或交叉光谱(基于相位角)的方法来获取。在ASTMD4428/D4428M中介绍了跨孔法测量的标准化程序。需要预先钻孔。由于确定的波速对钻孔间距不确定性很敏感，所以对深度超过20m的典型孔可能需跨孔法能适用于P波和S波测量。对于纯P波测量，可在钻孔充水地点使用小型爆炸源和水听器然而这可能会由于水平向传播S波产生水平偏振而出现旋转振源。通过组合两种振源，能测量岩土材料中的各向异性。使用极性反转振源(如果是脉冲)有益于提取到达时间，如图14b)实线和虚线所示。接收器可以是地震检波器或加速度计，水平地沿径向安装用于P波测量，垂直径向沿水平切线方向安装用于S波测量。当应用连续贯入技术时，可使用SPT作为振源，并且可使用地震CPT装置a)多孔设置b)时域案例说明：3——来自接收器R1的信号(高频首次到达是P波信号，后来较低频率到达是剪切波信号);5--—来自接收器R3的信号；——向上方的激励；向下方的激励。图14跨孔法测量跨孔法在50m～80m典型深度能给出可靠的S波结果。对于爆炸源P波测量(岩石中),可能要进行更深地勘测。高频振源信号和很高的采样频率是需要的，以避免近场效应并使到达时程更加尖锐波速准确可靠的方法。然而该方法确实依赖大地水平分层以及在钻孔间距范围内横向方向上性能基本GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015不变化的假设。该方法还能给出具有明显水平速度反差的不稳定的结果，因为最先到达的波可能不是然而该方法需要在周围大地、钻孔套管和传感器之间进行高质量的地震耦合。由于不得不与钻孔之间采用高频振源以减少近场区域范围。意振源位置的到达波被大量沿着钻孔布置的接收器记录。通过记录来自所有传感器的到达波和沿着振的2D映射。关于层析成像测量的更多信息见参考文献[38]。常规的地震折射测量通常在轨道系统现场的岩土工程地质勘察的初始阶段进行。然而在本部分因此这里不再赘述。该方法的说明能在ASTMD6429、参考文献[18]和[20]中找到。然而传统折射测量能提供有关土分层、地下水位和基岩位置的有用信息。该信息不仅对现场建立动态计算模型的几何输入是有用的，而且能为规划大地动态参数的特定测量和表面波测量反演提供支持。折射测量给出现场岩土材料的P波波速，该波速能在噪声和振动传播研究中直接输入。P波波速是不饱和土特别是岩石的重要动力学特性。P波反射测量通常不用于陆上浅地层。其使用目的是碳氢化合物或矿物勘探，目标深度能从几百米到几千米。近来有前途的发展。与P波折射和表面波反演相比，由于S波比P波波长更短，剪切波反射测量在地下成像、横向变化和分层方面结果更优异。过程基本遵循与常规P波反射测量相同的原理[87]。注意，表面波通常会干扰数据，除非在较柔软地表上覆盖较硬的界面(例如路振动方向和横向记录方向),从而阻止乐甫表面波的传播。在说明中需要修正应力关系。这些原位方法的优点是能够在较高的动态应变下，在非线性弹性和非线性范围内测试材料。P94-110-2和参考文献[17]),这在某些地区是常见的。最常见的装置仅提供大地静力参数，还有能确定大地的原位循环性质的装置。然而这些装置设计用于在高应变水平下测量大地性能，并不适用于来自轨道系统的地面诱导结构噪声和地传振动。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015岩土材料的动态参数也可在实验室从现场取回的试样上测量。与原位试验不同，在实验室进行测试的主要优点是实验室设备提供更多可控条件。主要缺点是试样的扰动和非代表性。岩土材料中弹性剪切波波速和膨胀波波速可在实验室以及现场测量。在实验室中这种测量的优点是在各种限制应力条件、水分和饱和条件以及压实度下测试相同材料的能力，各向异性的测量也更容易。实验室测量的主要优点是能够控制动态载荷(循环应变)和应力，并对具有非线性弹性和纯非线性行为的岩土材料进行测量，而原位测试是不可能的。实验室测量也能更可靠和可控地测量低应变材料实验室测量的主要缺点是测试试样不一定代表现场原位条件下的岩土材料。这可能是由于在采样和处理过程中获取试样的扰动，或者简单地由一个或几个微小的试样可能不代表大量岩土材料整体性性弹性状态下土的行为完全占主导地位。只有在路基的基床表层或轨道附近处，岩土材料才可能处于非线性弹性状态。对于精心设计的轨道，材料不宜处于完全非线性状态。因此宜重点关注低应变动态对取样扰动不太敏感。仔细的取样能从粘性物质例如粘土中取回勉强不受干扰的试样。与原位条件相比，轻微的干扰将倾向于降低Gm和Vs。对于非粘性材料，用于实验室测试的试样通常需要从重塑材料中重构。这些试样的弹性特性可能偏离原位的数值。含有淤泥材料的重塑试样结果可能特别偏离未受干扰的原位材实验室测量岩石材料通常在完整岩石块中钻芯取出的试样上进行。由于失去周围连接的影响，该简单剪切(DSS)[27],也可测量土试样的Gmax。试装置的顶盖和底座中，向试样突出约5mm,如图15所示。通过向发射器发送电脉冲，产生剪切波脉进时间计算剪切波波速。传播波的动态剪应变通常在远低于10-³%范围内，明显在土材料的线性弹性范围内。因此从波速导出剪切模量可明确衡量Gmx。但是，如果不能足够精确地控制传输和接收脉冲的应变水平，测量将无法准确量化材料损耗因子。压电弯曲元读数是完全无损的，并在几分之一秒内完成。由于这些元件适合用于普通岩土测试装GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015置，可在试样的固结和破坏试验任何阶段重复读取Vs。压电弯曲元也可垂直安装在试样侧面，以量化在各种应力条件下岩土材料的弹性各向异性。岩心试样的P波和S波波速可通过单轴或三轴试验装置顶盖和底座中的超声波压电陶瓷元件测情况下，但由于晶体与土之间非常大的阻抗对比，这种S波晶体不起作用。因此需要用压电弯曲元来测量。图15压电弯曲元装置6GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015d)压电弯曲元装置配置图15(续)测策略的补充。在共振柱试验中，土试样动态和循环剪切模量(与相应的剪切波波速)以及材料损耗因子能在线性应变的关系。在这种情况下，共振柱测试可用于分析列车速度接近或超过瑞利波波速时导致轨道和大地产生过大振动和高应变的情况。共振柱试验基本原理是将圆柱形土试样调谐为扭转共振。从共振频率和试样尺寸、质量能反算动态剪切模量。通过在共振频率附近扫频得到半功率带宽，或者共振关闭激励后扭转振动衰减的对数衰大多数可用的共振柱装置基于一种三轴单元，其中圆柱形试样固定在底部基座处并密封在薄橡胶a)Stokoe装置具有四个翼的星形板连接到试样的顶部。该板安装加速度计(以及邻近探针)以监测其扭转运动，并且永磁体接到每个翼末端。磁体与固定在单元框架上的电线圈相适应。AC电流通过线圈，产生振荡力矩传递到试样，频率、旋转振幅以及剪应变能控制。在该装置驱动磁体和线圈，具有明显的扭转惯性质量。质量惯性用来平衡转移到试样顶部的振荡扭矩。振荡头能传递轴向载荷，因此试样能被固结为各向异性，如果不是太强能加载到破坏。由于振荡头本身是一个动力系统，因此需要解释测试所需的动态模型。所以Hardin设备比Stokoe设备更为复杂。共振柱测试在ASTMD4015中有进一步描述。大多数实心圆柱形试样用于共振柱测试。由扭转引起的剪应变在横截面上不是恒定的，外边缘为最大值，中心线为零。因此，试验结果中通常取试样0.8倍半径处作为典型剪应变(见ASTMD4015)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015在轨道系统的地面诱导结构噪声和地传振动相关应用中不是必须的。共振柱测试中剪应变能很容易地达到10-⁴%,甚至下降到10-5%(Hardin装置),因此可获得极好的线性弹性状态。更高应变能轻易达到10-²%,特别是可在扭转剪切模态下运行的Stokoe装置，对于较软土甚至可能接近10-¹%。因此可获得整个非线性弹性状态的完整覆盖。对于超过10-²%的应变，能达到真正非线性状态。在这里土性能逐渐降低。这需要跟踪所应用的负载周期数。循环应变使土材料进入非线性，可退化性能对来自轨道系统的地面诱导结构噪声和地传振动通常置。这些装置通常用于提供海浪载荷和地震荷载设计所需的土数据。试样没有发生任何共振振荡。循环应力或应变直接施加于试样上。由于这个原因，实际上对应力或应变能加多大没有限制。限制在于如何以可控的方式施加小的应变并准确测量。伺服控制加载系统的最新发展和直接作用在试样上的内部变形测量已使限制逐渐减小。低至10-¹%的可靠测试对现代专用设备而言毫无问题。通过特别微调的设备和仔细的测试，可以达到约2×10-²%甚至10-²%。以前共振柱测试可以覆盖的循环应变范围的上限与循环试验覆盖的应变范围的下限(三轴和直接简单剪切)之间有差距。由于最近改进的高分辨率变形测量和更好的测试装置，这个差距现在即将消失。关于土循环测试的更多细节见参考文献[19]。循环测试装置通常在典型海浪或地震频率下工作，即在0.17大地参数确定策略在基础设施或建筑开发项目中，处理地面诱导结构噪声和地传振动问题所需的大地动态性能的详细和准确程度需取决于项目开发的阶段、项目规模以及振动和噪声的严酷度。用于参数估算的粗略筛选方法在规划阶段就足够了，而在大型复杂项目的最终设计阶段可能需要大量专项测量工作。动态参数测量或确定方法的选择应相应调整。近浅埋隧道线路时。在轨道系统项目的规划阶段，可从场地地质学的基础知识结合大地指标参数使用经验来足够准确地估算岩土材料动态性能。这些指标参数将很容易从现场必要的一般