本文引用GB/T 50123-2019《土工試驗方法標準》中波速試驗

1一般規(guī)定

1.1波速試驗分跨孔法、單孔波速法(檢層法)和面波法。

1.2跨孔法以一孔為激振孔，另布置2孔或3孔作檢波孔，測定直達的壓縮波初至和第一個直達剪切波的到達時間，計算傳播速度。常用于多層體系地層中。

1.3單孔波速法是在同一孔中，在孔口設置振源，孔內不同深度處放置檢波器，測出孔口振源所產生的波傳到孔內不同深度處所需的時間，計算傳播速度。常用于地層軟硬變化大和層次較少或巖基上為覆蓋層的地層中。

1.4面波法，本試驗采用穩(wěn)態(tài)振動法。測定不同激振頻率下瑞利波(R波)速度彌散曲線(即R波波速與波長關系曲線),可以計算一個波長范圍內的平均波速。

2儀器設備

2.1本試驗所用的主要儀器設備由激振器、檢波器、放大器、記錄器、測斜儀、零時觸發(fā)器和套管組成。

2.2本試驗所用的主要儀器設備應符合下列規(guī)定：

RSM-SW（A）波速測試儀

v 激振器：可采用機械震源、電火花等，但主要是采用能正反向重復激振的井下剪切波錘。面波法采用電磁式或機械式激振器；

v 檢波器：采用三分量檢波器，其諧振頻率一般為8Hz~27Hz,檢波器必須置于密封防水的無磁性圓筒內；

v 放大器：采用低噪聲多通道放大器，噪聲水平應低于2μV,相位一致性偏差應小于0.1ms,并配有可調的增益裝置，電壓增益應大于80dB,不應采用信號濾波裝置；

v 記錄器：可采用各種型號的示波記錄器或多通道工程地震儀，記錄最大允許誤差應為1ms～2ms;

v 測斜儀：應能測量0°~360°的方位角及0°~30°的傾角，傾角測量允許差值應為0.1°;

v 零時觸發(fā)器：采用壓電晶體觸發(fā)器或機械觸發(fā)裝置，其升壓時間延遲應不大于0.1ms;

v 套管：內徑為76mm～85mm,壁厚為6mm～7mm的硬聚氯乙烯塑料管。

3操作步驟

3.1跨孔波速法試驗應按下列步驟進行：

1試驗孔布置(圖3.1)應符合下列規(guī)定：

(a)下套管(b)不下套管

圖3.1試驗布置圖

1一三腳架；2一絞車；3—震源孔；4—套管；5—井下剪切波錘；6一接收孔1;7--接收孔2;8一井下檢波器；9-信號增強地震儀；10—錘子；11—檢波器；12—鉆桿；13—取土器；14—測震放大器；15—振子示波器

1)振源孔和測試孔應布置在一條直線上，試驗孔應盡量布置在地表高程相差不大的地段，若地表起伏較大，必須準確測量孔口高程；

2)一組試驗布置3孔，試驗孔的間距，在土層中宜取2m~5m,在巖層中宜取8m～15m,測點垂直間距宜取1m~2m,近地表測點宜布置在2/5孔距的深處，振源和檢波器應置于同一地層的相同標高處，并繪制鉆孔柱狀圖。在保證直達波首先到達檢波器的前提下，孔距可根據地層厚度、測試要求適當調整。

2先將一組試驗孔一次全部鉆好，接著在孔內安置好塑料套管，并在孔壁與套管的間隙內灌漿或用砂充填。

3灌漿前按照1:1:6.25的比例將水泥、膨潤土和水攪拌成混合物。然后采用移動式循環(huán)高壓泥漿泵，通過放到孔底的灌漿管，從孔底向上灌漿，直到灌滿孔壁與套管的間隙，并測定孔口溢流出的泥漿濃度(或密度)與預先攪拌的泥漿濃度(或密度)相等為止。

4待灌漿或填砂后3d～6d,方可進行測試。

5為準確地算出各測點的直達波傳播距離，當測試孔深度大于15m時，應進行激振孔和測試孔傾斜度和傾斜方位的量測，測點間距宜取1m。

6將井下剪切波錘利用氣囊，或用彈簧、機械擴展裝置等方法固定。然后拉動上、下質量塊，上、下沖擊固定錘體，使土層水平向產生S波，用放入孔內貼壁式三分量檢波器由上往下逐點測量。從孔口往下2/5孔距處為第1個測點，然后以1m～2m的間距連續(xù)測量。每個地層一般要有2個～5個測點，每個測點需測量2次～4次。每次測試時，振源中心和檢波器中心須在同一高程上。

7當用幾臺鉆機分段鉆進時，待鉆至預定測試深度后，提出鉆機，將振源裝置和檢波器分別放入各鉆孔底，進行測試。采用此方法時，為確保振源裝置和檢波器順利放到所測深度處，孔底殘余擾動土應小于10cm厚，否則應重新清除孔底浮土。

3.2單孔波速法試驗應按下列步驟進行：

1在所選定的試驗點沿垂直向進行鉆孔，并繪制鉆孔柱狀圖，將三分量檢波器固定在孔內預定深度出，并緊貼孔壁；

2可采用地面激振動或孔內激振，進行孔內激振時，在距孔口1.0m～3.0m處放一長度為2m～3m的混凝土板或木板，木板上應放置約500kg的重物，用錘沿板縱軸從兩個相反方向水平敲擊板端，使地層產生水平剪切波；

3將檢波器用氣囊，或用彈簧、機械擴展裝置等方法固定在孔內不同深度接受剪切波；

4應結合土層布置測點，測點垂直間距宜取1m～3m,層位變化處加密，測試應自下而上進行，每個試驗點，試驗次數(shù)不應小于3次。

3.3穩(wěn)態(tài)振動面波法試驗應按下列步驟進行：

1選擇試驗場地，并進行整平；

2可采用瞬態(tài)法或穩(wěn)定法，宜采用低頻檢波器，間距可根據場地條件通過試驗確定，以振源作為測線零點，在振源一邊布置2個或3個檢波器(圖3.3);

圖3.3面波法(穩(wěn)定振動)布置圖

3選擇適合的激振頻率，開啟激振器，由拾振器接受瑞利波；

4當兩檢波器接收到的振動波有相位差時，表明兩檢波器的間距Δl不等于瑞利波波長LR,因此，移動其中任一檢波器，使兩檢波器記錄的波形同相位(2π),然后在同一頻率下，移動檢波器至2個波長或3個波長處，l=LR,2L,3L……進行測試。試驗應重復多次，一般5組即可。

4計算、制圖和記錄

4.1波形識別按下列規(guī)定進行：

1在各測點的原始波形記錄上識別出壓縮波(P波)序列和剪切波(S波)序列，第1個起跳點即為壓縮波的初至。然后，根據下列特征識別出第1個剪切波的到達點；

2波幅突然增至壓縮波幅2倍以上，如圖4.1(a)所示；

3周期比壓縮波周期至少增加2倍以上，如圖4.1(b)所示；

4若采用井下剪切波錘作振源，一般壓縮波的初至極性不發(fā)生變化，而第一個剪切波到達點的極性產生180°的改變，所以，極性波的交點即為第一個剪切波的到達點[圖4.1(c)]。

圖4.1 P波、S波的識別

4.2應正確計算激振點與檢波點之間的距離，對跨孔法，如孔有偏斜，應對孔距進行校準。

4.3壓縮波、剪切波和瑞利波的傳播速度應按下列公式計算，其最大允許誤差應為±5%:

υ_p=L_P/t_P

υ_S=L_S/t_S

υ_R=L_R/t_R=L_R/2π/ω=L_R?

式中：υ_p、υ_S、υ_R——壓縮波、剪切波和瑞利波的波速(m/s);

L_P、L_S、L_R——壓縮波、剪切波和瑞利波的傳播距離(激振點與檢波點的距離)(m);

t_P、t_S、t_R——各波從激振點傳至檢波點所需的時間(s);

ω-—簡譜波的圓頻率(rad/s);

?——激振頻率(s^-1)。

4.4動剪切模量、動彈性模量和泊松比應按下列公式計算：

G_d=ρυ_S2

E_d=ρυ2 S（3υ2 P-4υ2 S）/(υ2 P-υ2 S)

或E_d=2ρυ2 S（1+μ_d）

E_d=ρυ2 P(1+μ_d)(1-2μ_d)/(1-μ_d)

μ_d=[(υ_p/υ_S)2-2]/[2(υ_p/υ_S)2-2]

式中：G_d——地層的動剪切模量(kPa);

υ_S——地層的剪切波波速(m/s);

υ_p——地層的壓縮波波速(m/s);

E——地層的動彈性模量(kPa);

μ——地層的動泊松比。

4.5根據整理和計算的數(shù)據，以深度為縱坐標，壓縮波波速、剪切波速、動剪切模量、動彈性模量為橫坐標，繪出vp、vs、Ga、E值與深度變化的關系曲線。

4.6波速試驗的記錄格式應符合本標準附錄D表D.84、表D.85的規(guī)定。

在我單位整理過程中有可能會出現(xiàn)部分錯誤，僅供參考，建議購買正版試驗標準。