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1、会计学1岩土工程波速测试岩土工程波速测试25.15.1试验设备和方法试验设备和方法试验设备和方法试验设备和方法一、试验设备一、试验设备试试验验设设备备一一般般包包含含激激振振系系统统、信信号号接接收收系系统统（传传感感器器）和和信信号处理系统。号处理系统。测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。二、测试方法二、测试方法由由于于土土中中的的纵纵波波速速度度受受到到含含水水量量的的影影响响，不不能能真真实实地地反反映映土土的的动动力力特特性性，故故通通常常测测试试土土中中的的剪剪切切波波速速，测测试试的的方方法法有有单单孔孔法法（检层法）、跨孔法以及面波法（
2、瑞利波法）等。（检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。第1页/共24页31.单孔法单孔法单单孔孔法法是是在在一一个个钻钻孔孔中中分分土土层层进进行行检检测测，故故又又称称检检层层法法，因因为为只只需需一一个个钻钻孔孔，方方法法简简便便，在在实实测测中中用用得得较较多多，但但精精度度低低于于跨跨孔孔法法。单单孔孔法法的的现现场场测测试试情情况况如如图图5-1所示。所示。第2页/共24页4对准备工作的要求：对准备工作的要求：（1）钻钻孔孔时时应应注注意意保保持持井井孔孔垂垂直直，并并宜宜用用泥泥浆浆护护壁壁或或下下套套管，套管壁与孔壁应紧密接触；管，套管壁与孔壁应紧密接触；（2）当当剪剪切切波
3、波振振源源采采用用锤锤击击上上压压重重物物的的木木板板时时，木木板板的的长长向向中中垂垂线线应应对对准准测测试试孔孔中中心心，孔孔口口与与木木板板的的距距离离宜宜为为13m；板板上所压重物宜大于上所压重物宜大于400kg；木板与地面应紧密接触；木板与地面应紧密接触；（3）当当压压缩缩波波振振源源采采用用锤锤击击金金属属板板时时，金金属属板板距距孔孔口口的的距距离宜为离宜为13m；（4）应检查三分量检波器各道的一致性和绝缘性。）应检查三分量检波器各道的一致性和绝缘性。测试工作要求：测试工作要求：（1）测测试试时时，应应根根据据工工程程情情况况及及地地质质分分层层，每每隔隔13m布布置一个测点，并
4、宜自下而上按预定深度进行测试；置一个测点，并宜自下而上按预定深度进行测试；（2）剪剪切切波波测测试试时时，传传感感器器应应设设置置在在测测试试孔孔内内预预定定深深度度处处并并予予以以固固定定；沿沿木木板板纵纵轴轴方方向向分分别别打打击击其其两两端端，可可记记录录极极性性相相反的两组剪切波波形；反的两组剪切波波形；第3页/共24页5（3）压压缩缩波波测测试试时时，可可锤锤击击金金属属板板，当当激激振振能能量量不不足足时时，可可采用落锤或爆炸产生压缩波。采用落锤或爆炸产生压缩波。测测试试工工作作结结束束后后，应应选选择择部部分分测测点点作作重重复复观观测测，其其数数量量不不应应少于测点总数的少于测
5、点总数的10%。2.跨孔法跨孔法跨跨孔孔法法有有双双孔孔和和三三孔孔等等距距方方法法，以以三三孔孔等等距距法法用用得得较较多多。跨跨孔孔法法测测试试精精度度高高，可可以以达达到到较较深深的的测测试试深深度度，因因而而应应用用也也比比较较普普遍遍，但但该该法法成成本本高高，操操作作也也比比较较复复杂杂。三三孔孔法法是是在在测测试试场场地地上上钻钻三三个个具具有有一一定定间间隔隔的的测测试试孔孔，选选择择其其中中的的一一个个孔孔为为振振源源孔孔，另另外外两两个个相相邻邻的钻孔内放置接收检波器，如图的钻孔内放置接收检波器，如图5-2。第4页/共24页6第5页/共24页7跨跨孔孔法法的的测测试试场场地
6、地宜宜平平坦坦，测测试试孔孔宜宜布布置置在在一一条条直直线线上上。测测试试孔孔的的间间距距在在土土层层中中宜宜取取25m，在在岩岩层层中中宜宜取取815m；测测试试时时，应应根据工程情况及地质分层，沿深度方向每隔根据工程情况及地质分层，沿深度方向每隔12m布置一个测点。布置一个测点。钻钻孔孔时时应应注注意意保保持持井井孔孔垂垂直直，并并宜宜用用泥泥浆浆护护壁壁或或下下套套管管，套套管管壁壁与与孔孔壁壁应应紧紧密密接接触触。测测试试时时，振振源源与与接接收收孔孔内内的的传传感感器器应应设设置置在在同一水平面。同一水平面。现场测试方法：现场测试方法：（1）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法；）
7、当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法；（2）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。当当测测试试深深度度大大于于15m时时，必必须须对对所所有有测测试试孔孔进进行行倾倾斜斜度度及及倾倾斜斜方位的测试；测点间距不应大于方位的测试；测点间距不应大于1m。当当采采用用一一次次成成孔孔法法测测试试时时，测测试试工工作作结结束束后后，应应选选择择部部分分测测点点作作重重复复观观测测，其其数数量量不不应应少少于于测测点点总总数数的的10%；也也可可采采用用振振源源孔孔和和接收孔互换的方法进行复测。接收孔互换的方法进行复测。第6页/共24页8第7页
8、/共24页9第8页/共24页103.面波法面波法瑞瑞利利波波是是在在介介质质表表面面传传播播的的波波，其其能能量量从从介介质质表表面面以以指指数数规规律律沿沿深深度度衰衰减减，大大部部份份在在一一个个波波长长的的厚厚度度内内通通过过，因因此此在在地地表表测测得得的的面面波波波波速速反反映映了了该该深深度度范范围围内内土土的的性性质质，而而用用不不同同的的测测试试频频率率就就可可以获得不同深度土层的动参数。以获得不同深度土层的动参数。面面波波法法有有两两类类测测试试方方式式，一一是是从从频频率率域域特特性性出出发发，通通过过变变化化激激振振频频率率进进行行量量测测称称为为稳稳态态法法；另另一一种
9、种从从时时间间域域特特性性出出发发，瞬瞬态态激激发发采采集集宽宽频频面面波波，这这种种方方法法操操作作容容易易，但但是是资资料料处处理理复复杂杂。本本章章仅仅介介绍稳态法。绍稳态法。稳稳态态法法是是利利用用稳稳态态振振源源在在地地表表施施加加一一个个频频率率为为f的的强强迫迫振振动动，其其能能量量以以地地震震波波的的形形式式向向周周围围扩扩散散，这这样样在在振振源源的的周周围围将将产产生生一一个个随随时时间间变变化化的的正正弦弦波波振振动动。通通过过设设置置在在地地面面上上的的两两个个检检波波器器A和和B检出输入波的波峰之间的时间差，便可算出瑞利波速度检出输入波的波峰之间的时间差，便可算出瑞利
10、波速度VR。第9页/共24页11测试设备由激振系统和拾振系统组成。测试设备由激振系统和拾振系统组成。激激振振系系统统一一般般多多采采用用电电磁磁式式激激振振器器。系系统统工工作作时时由由信信号号发发生生器器输输出出一一定定频频率率的的电电信信号号，经经功功率率放放大大器器放放大大后后输输入入电电磁磁激激振振器器线线圈圈，使其产生一定频率的振动。使其产生一定频率的振动。拾拾振振系系统统由由检检波波器器、放放大大器器、双双线线示示波波仪仪及及计计算算机机四四部部份份组组成成。检检波波器器接接收收振振动动信信号号，经经放放大大器器放放大大，由由双双线线示示波波仪仪显显示示并并被被记记录录。整个过程由
11、计算机操作控制。整个过程由计算机操作控制。面面波波法法不不需需要要钻钻孔孔，不不破破坏坏地地表表结结构构物物，成成本本低低而而效效率率高高，是是一种很有前途的测试方法。一种很有前途的测试方法。测试工作可按下述方法进行：测试工作可按下述方法进行：（1）激振设备宜采用机械式或电磁式激振器；）激振设备宜采用机械式或电磁式激振器；（2）在在振振源源的的同同一一侧侧放放置置两两台台间间距距为为 l的的竖竖向向传传感感器器，接接收收由振源产生的瑞利波信号；由振源产生的瑞利波信号；第10页/共24页12（3）改变激振频率，测试不同深度处土层的瑞利波波速；）改变激振频率，测试不同深度处土层的瑞利波波速；（4）
12、电电磁磁式式激激振振设设备备可可采采用用单单一一正正弦弦波波信信号号或或合合成成正正弦弦波波信信号。号。因因为为瑞瑞利利波波在在半半无无限限空空间间中中是是在在一一个个波波长长范范围围内内传传播播的的。低低频频激激振振时时，波波长长变变长长，可可测测出出深深层层瑞瑞利利波波速速度度。由由低低向向高高逐逐渐渐改改变变激激振振频频率率，波波长长由由长长变变短短，探探测测深深度度由由深深变变浅浅，从从而而得得出出不不同同深深度度的的弹性常数。弹性常数。测试过程中要注意如下几点：测试过程中要注意如下几点：（1）A、B检检波波器器的的距距离离一一定定要要小小于于1个个波波长长的的距距离离。这这是是因因为
13、为，如如果果设设置置的的距距离离过过大大，就就可可能能会会出出现现相相位位差差的的误误判判。但但检检波波器器间的间距又不应太小，否则会影响相位差的计算精度；间的间距又不应太小，否则会影响相位差的计算精度；（2）为提高确定相位差的精度，应尽量选取小的采样间隔；）为提高确定相位差的精度，应尽量选取小的采样间隔；（3）为为保保证证波波峰峰的的可可靠靠对对比比和和压压制制干干扰扰波波，需需要要时时可可将将正正弦弦激振波加以调制；激振波加以调制；第11页/共24页13（4）根根据据实实际际情情况况调调整整频频率率变变化化速速率率（步步长长），一一般般仪仪器器中中都都设设置置了了频频率率自自动动降降低低设
14、设备备，可可以以任任意意选选择择，但但步步长长太太小小，作作业业时时间长；步长太大，又会影响观测精度。间长；步长太大，又会影响观测精度。第12页/共24页145 5.2.2基本测试原理基本测试原理基本测试原理基本测试原理n n弹性波速法以弹性理论为依据，通过对岩土体中弹性波弹性波速法以弹性理论为依据，通过对岩土体中弹性波（速度、振幅、频率等）的测量，提出岩土体的动力参数并评（速度、振幅、频率等）的测量，提出岩土体的动力参数并评价岩土体的工程性质。价岩土体的工程性质。n n一般而言，介质的质量密度越高、结构越均匀、弹性模量一般而言，介质的质量密度越高、结构越均匀、弹性模量越大，则弹性波在该介质中
15、的传播速度也越高，同时我们又知越大，则弹性波在该介质中的传播速度也越高，同时我们又知道该介质的力学特性也越好。故弹性波的传播速度在通常的情道该介质的力学特性也越好。故弹性波的传播速度在通常的情况下能反映材料的力学和工程性质。况下能反映材料的力学和工程性质。n n根据弹性理论，当介质受到动荷载的作用时将引起介质的根据弹性理论，当介质受到动荷载的作用时将引起介质的动应变，并以纵波、横波和面波等形式从振源向外传播。当动动应变，并以纵波、横波和面波等形式从振源向外传播。当动应力不超过介质的弹性界限时所产生的波称为弹性波。岩土体应力不超过介质的弹性界限时所产生的波称为弹性波。岩土体在一定条件下可视为弹性
16、体，依据牛顿定律可导出弹性波在无在一定条件下可视为弹性体，依据牛顿定律可导出弹性波在无限均质体中的运动方程。相应的波速为：限均质体中的运动方程。相应的波速为：第13页/共24页15（5-1）（5-2）引入拉梅常数引入拉梅常数、M，（5-3）（5-4）（5-1）和（）和（5-2）可以写为下列简洁的形式：）可以写为下列简洁的形式：（5-5）（5-6）第14页/共24页16如如果果测测试试出出了了岩岩土土体体中中的的弹弹性性波波波波速速，可可以以由由上上列列公公式式推推出出岩岩土体的动弹性模量土体的动弹性模量Ed、动剪切模量、动剪切模量Gd和动泊桑比和动泊桑比 如下：如下：kPa （5-7）kPa
17、（5-8）（5-9）式中式中 m波速比，波速比，m=vP/vs。第15页/共24页175 5.3.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析试验成果的整理分析试验成果的整理分析1.1.单孔法单孔法确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下列规定：列规定：（1 1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；（2 2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。由于三分量检波器中有两个水平检波器，可得到两张水平分量由于三分量检波器中有两个水平检
18、波器，可得到两张水平分量记录，应选最佳接收的记录进行整理。记录，应选最佳接收的记录进行整理。压缩波或剪切波从振源到达测点的时间，应按下列公式进压缩波或剪切波从振源到达测点的时间，应按下列公式进行斜距校正：行斜距校正：T T=KTKTL L （5-105-10）（5-115-11）第16页/共24页18时距曲线图的绘制，应以深度时距曲线图的绘制，应以深度H H为纵坐标，时间为纵坐标，时间T T为横坐标。为横坐标。波速层的划分，应结合地质情况，按时距曲线上具有不同斜率波速层的划分，应结合地质情况，按时距曲线上具有不同斜率的折线段确定。每一波速层的压缩波波速或剪切波波速，应按的折线段确定。每一波速层
19、的压缩波波速或剪切波波速，应按下式计算：下式计算：（5-125-12）2.2.跨孔法跨孔法确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下列规定：列规定：（1 1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；（2 2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。由振源到达每个测点的距离，应按测斜数据进行计算。每由振源到达每个测点的距离，应按测斜数据进行计算。每个测试深度的压缩波波速及剪切波波速，应按下列公式计算个测试深度的压缩波波速及剪切波波速
20、，应按下列公式计算 第17页/共24页19第18页/共24页20（5-135-13）（5-145-14）S S=S S2 2-S S1 1 （5-155-15）3.3.面波法面波法瑞利波波速应按下式计算：瑞利波波速应按下式计算：（5-165-16）地基的动剪变模量和动弹性模量，应按下列公式计算：地基的动剪变模量和动弹性模量，应按下列公式计算：（5-175-17）（5-185-18）第19页/共24页21（5-195-19）（5-205-20）第20页/共24页225 5.4.4试验成果的工程应用试验成果的工程应用试验成果的工程应用试验成果的工程应用根据岩土体中的弹性波波速，可以判定场地土的物理
21、力学根据岩土体中的弹性波波速，可以判定场地土的物理力学性质和地基承载力，评价场地土的液化可能性，计算场地土的性质和地基承载力，评价场地土的液化可能性，计算场地土的卓越周期，检测地基处理的效果。卓越周期，检测地基处理的效果。第21页/共24页23讨讨讨讨 论论论论 n n1 1理解动力触探试验的工作机理。理解动力触探试验的工作机理。n n2 2何为有效锤击能量？何为有效锤击能量？n n3 3动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯适用于什么样的地层条件？适用于什么样的地层条件？n n4 4用动力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参用动
22、力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参数和地基承载力？数和地基承载力？n n5 5动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产生此种效应？生此种效应？n n6 6动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数 深度关系曲线？深度关系曲线？n n7 7为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？n n8 8怎样根据击数怎样根据击数 深度关系曲线进行土层划分？土层划分深度关系曲线进行土层划分？土层划分后如何用平均法求各土层的测试参数？后如何用平均法求各土层的测试参数？第22页/共24页24n n9 9工程中常用哪几种波速法？工程中常用哪几种波速法？n n1010单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？n n1111波速法可以测试地基土的哪些动参数？波速法可以测试地基土的哪些动参数？n n1212波速法为何能划分土层的物理力学参数并波速法为何能划分土层的物理力学参数并检测地基处检测地基处理的效果理的效果？第23页/共24页