岩土工程勘察中波速测试探讨

[摘要]在岩土工程勘察中，需对场地类型土及砂土液化性进行判别本文结合工程实例，通过波速测试，对场地类型土及砂土液化性进进一步说明波速测试是工程地质勘察中一种快速、经济、有效的原位测试方法。

[关键词]波速测试 岩土工程 勘察

[中图分类号] P624 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-171-2

0引言

一般情况下，不同岩土层的弹性特征存在差异，可通过弹性波速等参数反映出来，钻孔剪切波速测试就是利用这差异，通过测定不同岩土层的剪切波（s波）、压缩波（P波）的传播速度，计算动力参数、场地草越周期，评价场地地震效应，确定场地类别，并据此判定岩土层的工程性质，为工程设计提供依据。

本文对场地的波速试验进行了压缩波与剪切波波速测试，根据波速测试结果，计算土层的等效剪切波速计算地基上的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比，计算场地草越周期等，为波速试验在岩上工程勘察的推广应用积累经验。

1波速基本原理及工作方法

1.1基本原理

波速（瑞雷波速）和反射波法、折射波法基本一样，他们都是利用弹性波场特征来进行勘探，但是波速波场特征和体波之间有很大的区别。在相同的介质中，波速最慢，横波次之，纵波波速是最快的。拉夫波在层状介质中，是由P波与SH波（水平方向S波）干涉而形成的，而瑞利波是由P波与SV波（垂直方向S波）干涉而形成，而且R波的能量主要在介质自由表面附近集中着，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。介质的质点运动轨迹在传播过程中，呈现-椭圆的极化，长轴和地面呈现垂直的状态，旋转方向为逆时针方向，在传播的过程中以波前面约为一个高度为λR（R波长）的圆柱体向外扩散。波速勘探在测点上逐点进行观测，通过按照测网的布置，每一个测点根据勘探深度和地质任务的要求，利用频散曲线的速度进行计算、分层有关参数等，测得一条频散曲线，从而达到岩土工程勘察的目的。

1.2基本工作方法

在外业工作正式开展之前，首先把排列试验工作在测区平坦地带上展开，进行现场干扰波调查，对地层的各种地震波列信号特征进行识别，确定测试方法的参数及观测系统。在实测工作中，一般在勘探点的两侧埋置对称的检波器，应在同一条直线上布置检波器和震源点，并在排列两侧激振。

2波速测试在岩土工程中的应用

2.1岩块波速室内测试

室内岩块声波测试累计25组（主频为25kHz），各岩块取白微新无卸荷岩体。测试结果表明，角砾熔岩波速最低，平均值为4272m/s其他四种岩性岩块声速均值均在5OOOm/s以上，范围为5132～5744m/s之问。

取钻孔钻取的柱状节理玄武岩、隐晶质玄武岩、斜斑玄武岩、角砾熔岩和杏仁状玄武岩岩芯120组，应用平面声波换能器（主频为lOkHz）测试其波速，选取的岩芯对应孔壁岩体为新鲜完整，岩芯长度一般大于20cm。实测岩芯波速均值范围为3501～3940m/s。根据钻孔声波测井成果，各岩芯对应孔壁岩体声速范围为48797～5504m/s。相应比原位孔壁岩体，岩芯波速平均低25%～35%。

2.2剪切波测试操作

在充分分析该建筑工程设计要求的基础上，拟采用单孔法进行波速测试$使用的器材包括记录仪、出发器、井下检波器、振源等。具体测试步骤为：在地面上与钻孔距离12左右的位置处安装带有触发器的木板，使用18磅铁锤分别锤击木板两端产生纵波，安装在钻孔壁的三分量检波器接收来自地面上的振动信号，经测量放大器将信号放大，进行一系列操作处理后储存在专门的硬盘上，最后借助计算机对获得的数据进行处理和分析，在该工程中对6个钻孔进行了波速测试。

2.3波速及围压

随加载时间变化特征围压随加载时间变化曲线呈三角波形，波速随加载时间变化特征与围压随时间变化具有较好同步性，其形态呈近似三角波形，波峰和波谷与应力曲线呈一一对应。从图上看，波速随时间变化曲线在形态上也具有一些独特的特征，试样经过一次加荷和卸荷之后，尽管试样应力值回落到0，但试样的波速却未能降至第一次加载的初始波速，而是维持在一个比起始波速稍大的值上，反复加卸荷过程中，该值不变。单独一次加载或卸载过程中，试样的波速曲线呈三段，即起始缓坡段、中部陆坡段和尾部缓坡段，一次加卸荷的两段曲线组合呈塔状，表明试样在加卸载初期和后期波速变化幅度相对较小，而加卸载中期试样的波速变化幅度相对较大。

2.4不同方向固结灌浆效果评价

受场地条件限制，地震波测试结果离散性较大。采用单孔声波测试和跨孔声波测试结果分别对竖直向和水平向的加固效果进行评价。图1为由单孔及跨孔测试获得的波速提高率随深度变化曲线。图中2.5m处为强风化和中风化的分界线。在2.5以上单孔声波测试所得的波速提高率大于跨孔声波测试，而在2.5m以下则出现相反结果。这表明试验区强风化岩体的竖直向的固结灌浆效果要好于水平向，而中风化岩体则相反。这是由岩体结构面的方向性引起的。强风化层中岩体连通性比较好，浆液在压力及重力作用下易于垂直下渗，因而垂向加固效果较好。而在中风化层中，受结构体的阻隔，浆液垂直下渗受阻而更倾向于流入缓倾的结构面间隙中，因而水平向加固效果较好。

3结束语

对于现代建筑物类型的日益增多，功能的日益复杂，人们对地质环境较为复杂的地区施工的项目也日益增多了。为了更好地提高岩土工程勘察成效，工作人员们理应对沿途样品，项目及取值等进行深入的研究及分析，以便得出更精确的检测数据以及答案。通过本文的分析可以得出在岩土工程勘察中波速测试应用是科学合理有效的，在以后的施工中不仅可能为建筑抗震设计提供所需的岩（土）体动力参数、地震效应的评价、分析地震破坏潜势，而且可利用岩石的纵波波速比定量地划分岩石的风化程度，利用处理前后Vs的变化检测软土地基振动特性，地基加固效果研究和爆破区岩体动力特性评价等诸方面都可以得到一定程度的应用。

参考文献

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