波速测试.ppt

1岩土工程测试与监测第5章 波速试验12第5章内 容5.1试验设备和方法5.2基本测试原理5.3试验成果的整理分析5.4试验成果的应用 讨 论235.1试验设备和方法5.1.1 试验设备试验设备一一般般包包含含激激振振系系统、信信号号接接收收系系统（传感感器器）和和信信号号处理系理系统。测试方法不同，使用的方法不同，使用的仪器器设备也各不相同。也各不相同。5.1.2 测试方法方法由由于于土土中中的的纵波波速速度度受受到到含含水水量量的的影影响响，不不能能真真实地地反反映映土土的的动力力特特性性，故故通通常常测试土土中中的的剪剪切切波波速速，测试的的方方法法有有单孔孔法法（检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。341.单孔法孔法单孔孔法法是是在在一一个个钻孔孔中中分分土土层进行行检测，故故又又称称检层法法，因因为只只需需一一个个钻孔孔，方方法法简便便，在在实测中中用用得得较多多，但但精精度度低低于于跨跨孔孔法法。单孔孔法法的的现场测试情情况况如如图5-1所示。所示。45对准准备工作的要求：工作的要求：（1）钻孔孔时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护壁壁或或下下套套管，套管壁与孔壁管，套管壁与孔壁应紧密接触；密接触；（2）当当剪剪切切波波振振源源采采用用锤击上上压重重物物的的木木板板时，木木板板的的长向向中中垂垂线应对准准测试孔孔中中心心，孔孔口口与与木木板板的的距距离离宜宜为13m；板板上所上所压重物宜大于重物宜大于400kg；木板与地面；木板与地面应紧密接触；密接触；（3）当当压缩波波振振源源采采用用锤击金金属属板板时，金金属属板板距距孔孔口口的的距距离宜离宜为13m；（4）应检查三分量三分量检波器各道的一致性和波器各道的一致性和绝缘性。性。测试工作要求：工作要求：（1）测试时，应根根据据工工程程情情况况及及地地质分分层，每每隔隔13m布布置置一个一个测点，并宜自下而上按点，并宜自下而上按预定深度定深度进行行测试；（2）剪剪切切波波测试时，传感感器器应设置置在在测试孔孔内内预定定深深度度处并并予予以以固固定定；沿沿木木板板纵轴方方向向分分别打打击其其两两端端，可可记录极极性性相相反的两反的两组剪切波波形；剪切波波形；56（3）压缩波波测试时，可可锤击金金属属板板，当当激激振振能能量量不不足足时，可可采用落采用落锤或爆炸或爆炸产生生压缩波。波。测试工工作作结束束后后，应选择部部分分测点点作作重重复复观测，其其数数量量不不应少少于于测点点总数的数的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多多。跨跨孔孔法法测试精精度度高高，可可以以达达到到较深深的的测试深深度度，因因而而应用用也也比比较普普遍遍，但但该法法成成本本高高，操操作作也也比比较复复杂。三三孔孔法法是是在在测试场地地上上钻三三个个具具有有一一定定间隔隔的的测试孔孔，选择其其中中的的一一个个孔孔为振振源源孔孔，另另外外两两个个相相邻的的钻孔内放置接收孔内放置接收检波器，如波器，如图5-2。6778跨跨孔孔法法的的测试场地地宜宜平平坦坦，测试孔孔宜宜布布置置在在一一条条直直线上上。测试孔孔的的间距距在在土土层中中宜宜取取25m，在在岩岩层中中宜宜取取815m；测试时，应根根据工程情况及地据工程情况及地质分分层，沿深度方向每隔，沿深度方向每隔12m布置一个布置一个测点。点。钻孔孔时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护壁壁或或下下套套管管，套套管管壁壁与与孔孔壁壁应紧密密接接触触。测试时，振振源源与与接接收收孔孔内内的的传感感器器应设置置在在同一水平面。同一水平面。现场测试方法：方法：（1）当振源采用剪切波）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法；，宜采用一次成孔法；（2）当振源采用）当振源采用标准准贯入入试验装置装置时，宜采用分段，宜采用分段测试法。法。当当测试深深度度大大于于15m时，必必须对所所有有测试孔孔进行行倾斜斜度度及及倾斜斜方位的方位的测试；测点点间距不距不应大于大于1m。当当采采用用一一次次成成孔孔法法测试时，测试工工作作结束束后后，应选择部部分分测点点作作重重复复观测，其其数数量量不不应少少于于测点点总数数的的10%；也也可可采采用用振振源源孔孔和和接收孔互接收孔互换的方法的方法进行复行复测。8991010113.面波法面波法瑞瑞利利波波是是在在介介质表表面面传播播的的波波，其其能能量量从从介介质表表面面以以指指数数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的的厚厚度度内内通通过，因因此此在在地地表表测得得的的面面波波波波速速反反映映了了该深深度度范范围内内土土的的性性质，而而用用不不同同的的测试频率率就就可可以以获得不同深度土得不同深度土层的的动参数。参数。面面波波法法有有两两类测试方方式式，一一是是从从频率率域域特特性性出出发，通通过变化化激激振振频率率进行行量量测称称为稳态法法；另另一一种种从从时间域域特特性性出出发，瞬瞬态激激发采采集集宽频面面波波，这种种方方法法操操作作容容易易，但但是是资料料处理理复复杂。本本章章仅介介绍稳态法。法。稳态法法是是利利用用稳态振振源源在在地地表表施施加加一一个个频率率为f的的强迫迫振振动，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扩散散，这样在在振振源源的的周周围将将产生生一一个个随随时间变化化的的正正弦弦波波振振动。通通过设置置在在地地面面上上的的两两个个检波波器器A和和B检出出输入波的波峰之入波的波峰之间的的时间差，便可算出瑞利波速度差，便可算出瑞利波速度VR。1112测试设备由激振系由激振系统和拾振系和拾振系统组成。成。激激振振系系统一一般般多多采采用用电磁磁式式激激振振器器。系系统工工作作时由由信信号号发生生器器输出出一一定定频率率的的电信信号号，经功功率率放放大大器器放放大大后后输入入电磁磁激激振振器器线圈圈，使其使其产生一定生一定频率的振率的振动。拾拾振振系系统由由检波波器器、放放大大器器、双双线示示波波仪及及计算算机机四四部部份份组成成。检波波器器接接收收振振动信信号号，经放放大大器器放放大大，由由双双线示示波波仪显示示并并被被记录。整个整个过程由程由计算机操作控制。算机操作控制。面面波波法法不不需需要要钻孔孔，不不破破坏坏地地表表结构构物物，成成本本低低而而效效率率高高，是是一种很有前途的一种很有前途的测试方法。方法。测试工作可按下述方法工作可按下述方法进行：行：（1）激振）激振设备宜采用机械式或宜采用机械式或电磁式激振器；磁式激振器；（2）在在振振源源的的同同一一侧放放置置两两台台间距距为 l的的竖向向传感感器器，接接收收由由振源振源产生的瑞利波信号；生的瑞利波信号；1213（3）改）改变激振激振频率，率，测试不同深度不同深度处土土层的瑞利波波速；的瑞利波波速；（4）电磁磁式式激激振振设备可可采采用用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。因因为瑞瑞利利波波在在半半无无限限空空间中中是是在在一一个个波波长范范围内内传播播的的。低低频激激振振时，波波长变长，可可测出出深深层瑞瑞利利波波速速度度。由由低低向向高高逐逐渐改改变激激振振频率率，波波长由由长变短短，探探测深深度度由由深深变浅浅，从从而而得得出出不不同同深深度度的的弹性常数。性常数。测试过程中要注意如下几点：程中要注意如下几点：（1）A、B检波波器器的的距距离离一一定定要要小小于于1个个波波长的的距距离离。这是是因因为，如如果果设置置的的距距离离过大大，就就可可能能会会出出现相相位位差差的的误判判。但但检波波器器间的的间距又不距又不应太小，否太小，否则会影响相位差的会影响相位差的计算精度；算精度；（2）为提高确定相位差的精度，提高确定相位差的精度，应尽量尽量选取小的采取小的采样间隔；隔；（3）为保保证波波峰峰的的可可靠靠对比比和和压制制干干扰波波，需需要要时可可将将正正弦弦激振波加以激振波加以调制；制；1314（4）根根据据实际情情况况调整整频率率变化化速速率率（步步长），一一般般仪器器中中都都设置置了了频率率自自动降降低低设备，可可以以任任意意选择，但但步步长太太小小，作作业时间长；步；步长太大，又会影响太大，又会影响观测精度。精度。14155.2基本测试原理弹性性波波速速法法以以弹性性理理论为依依据据，通通过对岩岩土土体体中中弹性性波波（速速度度、振振幅幅、频率率等等）的的测量量，提提出出岩岩土土体体的的动力力参参数数并并评价价岩岩土土体体的的工工程性程性质。一一般般而而言言，介介质的的质量量密密度度越越高高、结构构越越均均匀匀、弹性性模模量量越越大大，则弹性性波波在在该介介质中中的的传播播速速度度也也越越高高，同同时我我们又又知知道道该介介质的的力力学学特特性性也也越越好好。故故弹性性波波的的传播播速速度度在在通通常常的的情情况况下下能能反反映映材材料料的力学和工程性的力学和工程性质。根根据据弹性性理理论，当当介介质受受到到动荷荷载的的作作用用时将将引引起起介介质的的动应变，并并以以纵波波、横横波波和和面面波波等等形形式式从从振振源源向向外外传播播。当当动应力力不不超超过介介质的的弹性性界界限限时所所产生生的的波波称称为弹性性波波。岩岩土土体体在在一一定定条条件件下下可可视为弹性性体体，依依据据牛牛顿定定律律可可导出出弹性性波波在在无无限限均均质体体中中的的运运动方程。相方程。相应的波速的波速为：1516（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）可以写为下列下列简洁的形式：的形式：（5-5）（5-6）1617如如果果测试出出了了岩岩土土体体中中的的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土体的动弹性模量性模量Ed、动剪切模量剪切模量Gd和和动泊桑比泊桑比 如下：如下：kPa （5-7）kPa （5-8）（5-9）式中式中 m波速比，波速比，m=vP/vs。17185.3试验成果的整理分析1.单孔法确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下列规定：（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；（2）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，应按下列公式进行斜距校正：T=KTL （5-10）（5-11）18191920时距曲线图的绘制，应以深度H为纵坐标，时间T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，应按下式计算：（5-12）2.跨孔法确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，应符合下列规定：（1）确定压缩波的时间，应采用竖向传感器记录的波形；（2）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 20212122（5-13）（5-14）S=S2-S1 （5-15）3.面波法瑞利波波速应按下式计算：（5-16）地基的动剪变模量和动弹性模量，应按下列公式计算：（5-17）（5-18）2223（5-19）（5-20）23245.4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，计算场地土的卓越周期，检测地基处理的效果。2425思 考 题 1单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？2波速法可以测试地基土的哪些动参数？3波速法为何能确定土层的物理力学参数并检测地基处理的效果？25