简介

单孔波速测试的原理

剪切波速结果的用途

剪切波现场测试方法(剪切波的测试设备 剪切波的测试方法 现场测试注意事项 剪切波测试资料的整理)

简介

剪切波的传播方向与介质质点的振动方向垂直的波。又称横波，S波。

单孔波速测试的原理

单孔波速测试：由震源产生压缩波（又称P波）和剪切波（又称S波），经过土层，由在孔中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。

剪切波速结果的用途

· 场地土层类别的评价：

场地土分类的平均剪切波速范围

浅层岩土分类名称　平均剪切波速范围（m/s）

坚硬土　Vm >500

中硬土　500 > Vm > 250

中软土　250 > Vm > 140

弱软土　Vm <140对于软弱土场地，需改良处理，处理前后对场地土层剪切波速进行测量对比，可评价改良处理的结果。

· 地震小区的划分

· 场地液化的判断

· 场地土层动弹性模量的计算

剪切波现场测试方法

剪切波的测试设备

1、 振源

（1）振源的特点：

· 激发出的优势波为SH和SV波

· 具有可重复性和可反向性

（2）常用振源的介绍：

单孔法波速测试采用的振源很多，如：爆破、空气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。但在一般的场地剪切波速测试中最常用的是敲击板激振源。

敲击板激振源：

将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.4—0.5米，厚约0.1米）受锤击的两头包上铁板，放在平整的地面上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触，然后敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动。激发的振动主要为SH波。

在敲击冲量一定的条件下，激发的SH波振幅随木板上重物重量的增大而增大，但超过一定值后影响会有所减少；长板效果比短板好；板与地面的接触条件对激振效果影响较明显，板底钉有钉齿、地面上泼水或水泥浆以增大木板与地面接触的紧密程度可改善激振效果。

2、 信号接收换能器

（1）信号接收换能器的特点

为速度型检波器，有三个分量，一个垂直，两个水平。三个分量互相垂直，其中两个水平分量在一个平面内相互夹角为90°。这样的夹角可以保证检波器放在孔中任意地方，总有一个检波器与剪切波信号的方向小于或等于45°，以达到采集波形良好的效果。

（2）常用信号接收换能器的介绍

· 气囊式井中三分量检波器

通过充气管给气囊充气使检波器与钻孔壁紧密接触藕合，藕合情况的好坏，对采集波形的影响很大。采用这种检波器可以任意选择是从钻孔底往钻孔口测试还是从钻孔口往钻孔底测试。

· 杠杆式井中三分量检波器

通过电池给电磁铁通电吸合杠杆，将检波器放入钻孔中，断开电池使杠杆弹开与钻孔壁紧密接触藕合。由于断开电池后无法将杠杆再次吸合，因此采用这种检波器只能选择从钻孔底往钻孔口测试。

3、 仪器设备

（1）RSM系列产品技术指标

· 4道独立瞬时浮点24位A/D

· 采样间隔：10—65536微秒

· 最大增益为25600倍

（2）RSM—24FD浮点工程动测仪：

分体机：

一体机：

剪切波的测试方法

1、钻孔的情况：

钻孔附近地面应尽可能平整，钻孔时应尽量减少孔壁土扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应下套管护壁，套管与孔壁间应用灌浆和填砂法处理。

2、振源的放置：

用敲板法做振源时，在距孔口1—3米处放置长度2—3米的木板应与地面贴紧，上压500Kg左右的重物以防木板的滑移，木板的中垂线应通过孔口，用锤沿板纵轴从两个相反方向水平敲击板端，产生水平剪切波。当板中心的高程与孔口相差较大时，应量测并记录下来以便做修正之用。

3、检波器的放置：

当井中三分量检波器在孔内不同深度处接收剪切波时，应将其固定在孔壁上。当使用检波器作触发信号时，记时触发检波器应置于木板边中心（勿压木板下）。

4、检波器与仪器连接：

将井中三分量检波器的连接电缆连接好（不要接仪器），将适配线上的夹子分别接12V电池的两级借助外力吸合杠杆，把井中三分量检波器放进钻孔底，松开夹子弹开杠杆支撑孔壁。然后将适配线上的相应接头与仪器后面的六合一连线连接，将有红标签的接头接到六合一连线中长线标号为4的接头上，将另两个接头分别接到六合一连线中长线标号为2、3的接头上，然后把地面上用做触发的检波器接到六合一连线中长线标号为1的接头上。

5、信号的采集：

（1）测点间距的选择：

测试时，应使相邻两测点间的时差大于记录上的可读精度。对于土层一般以每隔1—2米布置一个测点为宜，并宜自下而上按预定深度进行测试。当有较薄夹层时，应适当调整，使得薄夹层中至少布置两个测点。

（2）剪切波波形的取得：

测试时，应将井中三分量检波器固定在预定深度，沿木板纵轴方向分别敲击其两端，记录极性相反的两组剪切波波形。

现场测试注意事项

为获得高质量的波形记录，测试前应调整好仪器设备，保证各设备可靠连接。另外，现场要注意以下的问题。

1、作为振源的木板应选用弹性和韧性均好的木板，不宜用铁板或水泥板。木板锤击的两头可包上铁皮，或用一块比木板截面稍大的铁板垫在木板两头以便多次使用。

2、井孔应与木板长轴线垂直，即井孔到木板两头的距离应相等，这是保证木板两面敲击后，剪切波恰好反向的一个基础。孔源距应是井孔到木板中心的垂直距离。

3、木板与表土层藕合的好坏直接关系波形采集的好坏。现场可在选定放木板的地方撒一层砂子，放上木板来回磨动，然后拿开木板，藕合好坏一目了然，在有空缺处再撒砂子，反复数次可达最佳效果。

4、现场可将汽车直接压在木板上。无汽车可用重物。重物的重量应保证锤击时没有大的位移，另外重物应尽可能在木板上均匀分配。

5、测剪切波时，锤击力要尽量保持水平。锤击要干净利索，避免二次或多次击打。

6、每次放下或提升换能器到一个新深度应保留十几秒钟后再测，这样可避免泥浆扰动干扰。

7、在换能器上要配接吃力拉绳。根据经验，最好是细钢丝绳，细钢丝绳伸缩性小，抗拉性强，不宜缠绕。

8、测有泥浆护壁的钻孔，最好从孔底测起，避免因泥浆沉淀引起卡换能器和测量深度不够情况。

9、剪切波不能在水中传播，但根据实测经验，在有浓泥浆护壁的钻孔中，可以在换能器不与钻孔壁紧密接触的情况下测得很好的S波震相，为测量提供了方便。另外泥浆浓可以减少塌孔的可能性。

10、测有套管的钻孔，要避免钢丝绳与套管直接接触。

11、测量时如遇塌孔卡换能器，在人力拉不动的情况下，最好将钻机用不带钻头的钻杆放到合适深度，用冲洗的方法慢慢的提升，这样可保住换能器。

12、在用气囊式换能器时，用高压气筒慢慢打气，打一下停一下，看是否已藕合，如提不动，则藕合好。切忌连续打气，将气囊胀破。

剪切波测试资料的整理

1、剪切波震相确认：

（1）波形记录的现场识别：

现场采集的波形一般由三部分组成：

第一部分是从零时开始至直达波能量的到达，其信号除受外部干扰出现毛刺外，基本上是一条接近于直线的平稳段；

第二部分从波的第一个初至起到第二个初至止，此段属于P波段，振幅小，频率高；

第三部分是以S波为主的部分，振幅大，频率低。

（2）波形的室内判读：

室内判读主要是精确地判读出第一个S波到达的时间。对不同方向激振所记录下来的波形图，根据正反向激发S波极性相反的特点，确定S波的初至，并以触发信号的起点为零时刻，读取第一个剪切波到达的时刻。如右图中的ts所示。

2、剪切波速的计算方法：

（1）走时随斜距的校正：

当振源距孔口距离较大时，应按下列公式进行斜距校正：

T’：剪切波从孔口到达测点的时间（s）

T：剪切波从振源到达测点的实测时间（s）

H：测点深度（m） H0：振源与孔口的高差（m）

L：从板中心到测试孔的水平距离（m）

（2）剪切波速计算：

Vi=hi/(ticosαi—ti-1cosαi-1)

Vi：第i层土的剪切波速

hi：第i层土的厚度

ticosαi：剪切波从孔口到达第i层土底面的时间

Ti-1cosαi-1：剪切波从孔口到达第i层土顶面的时间