50 波 速 試 驗(yàn)
50.1 一 般 規(guī) 定
50.1.1 波速試驗(yàn)分跨孔法、單孔波速法(檢層法)和面波法。
50.1.2 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(dá)的壓縮波初至和第一個(gè)直達(dá)剪切波的到達(dá)時(shí)間，計(jì)算傳播速度。常用于多層體系地層中。
50.1.3 單孔波速法是在同一孔中，在孔口設(shè)置振源，孔內(nèi)不同深 度處放置檢波器，測出孔口振源所產(chǎn)生的波傳到孔內(nèi)不同深度處 所需的時(shí)間，計(jì)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。
50.1.4 面波法，本試驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)振動(dòng)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(guān)系曲線),可以 計(jì)算一個(gè)波長范圍內(nèi)的平均波速。
50.2 儀 器 設(shè) 備
50.2.1 本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備由激振器、檢波器、放大器、 記錄器、測斜儀、零時(shí)觸發(fā)器和套管組成。
50.2.2 本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 激振器：可采用機(jī)械震源、電火花等，但主要是采用能正反向重復(fù)激振的井下剪切波錘。面波法采用電磁式或機(jī)械式激 振器；
2 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(nèi)；
3 放大器：采用低噪聲多通道放大器，噪聲水平應(yīng)低于 2μV,相位一致性偏差應(yīng)小于0. 1ms, 并配有可調(diào)的增益裝置，電壓增益應(yīng)大于80dB, 不應(yīng)采用信號濾波裝置；
4 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(yīng)為1ms～2ms;
5 測斜儀：應(yīng)能測量0°~360°的方位角及0°~30°的傾角，傾 角測量允許差值應(yīng)為0.1°;
6 零時(shí)觸發(fā)器：采用壓電晶體觸發(fā)器或機(jī)械觸發(fā)裝置，其升 壓時(shí)間延遲應(yīng)不大于0. 1ms;
7 套管：內(nèi)徑為76mm～85mm, 壁厚為 6mm～7mm 的硬聚 氯乙烯塑料管。
50.3 操 作 步 驟
50.3.1 跨孔波速法試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：
1 試驗(yàn)孔布置(圖50.3. 1)應(yīng)符合下列規(guī)定：
圖50.3.1 試驗(yàn)布置圖
1一三腳架；2一絞車；3一震源孔；4—套管；5—井下剪切波錘；6一接收孔1;
7一接收孔2;8一井下檢波器；9一信號增強(qiáng)地震儀；10—錘子；11一檢波器；
12-鉆桿；13—取土器；14—測震放大器；15一振子示波器
1)振源孔和測試孔應(yīng)布置在一條直線上，試驗(yàn)孔應(yīng)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(zhǔn)確測量孔口高程；
2)一組試驗(yàn)布置3孔，試驗(yàn)孔的間距，在土層中宜取2m~ 5m, 在巖層中宜取8m～15m, 測點(diǎn)垂直間距宜取1m~ 2m, 近地表測點(diǎn)宜布置在2/5孔距的深處，振源和檢波 器應(yīng)置于同一地層的相同標(biāo)高處，并繪制鉆孔柱狀圖。 在保證直達(dá)波首先到達(dá)檢波器的前提下，孔距可根據(jù)地 層厚度、測試要求適當(dāng)調(diào)整。
2 先將一組試驗(yàn)孔一次全部鉆好，接著在孔內(nèi)安置好塑料套 管，并在孔壁與套管的間隙內(nèi)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?dāng)嚢璩?/span> 混合物。然后采用移動(dòng)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(yù)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(jìn)行測試。
5 為準(zhǔn)確地算出各測點(diǎn)的直達(dá)波傳播距離，當(dāng)測試孔深度大 于15m 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行激振孔和測試孔傾斜度和傾斜方位的量測，測點(diǎn)間距宜取1m。
6 將井下剪切波錘利用氣囊，或用彈簧、機(jī)械擴(kuò)展裝置等 方法固定。然后拉動(dòng)上、下質(zhì)量塊，上、下沖擊固定錘體，使土層 水平向產(chǎn)生 S 波，用放入孔內(nèi)貼壁式三分量檢波器由上往下逐 點(diǎn)測量。從孔口往下2/5孔距處為第1個(gè)測點(diǎn)，然后以1m～2m 的間距連續(xù)測量。每個(gè)地層一般要有2個(gè)～5個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn) 需測量2次～4次。每次測試時(shí)，振源中心和檢波器中心須在同 一高程上。
7 當(dāng)用幾臺鉆機(jī)分段鉆進(jìn)時(shí)，待鉆至預(yù)定測試深度后，提出 鉆機(jī)，將振源裝置和檢波器分別放入各鉆孔底，進(jìn)行測試。采用此 方法時(shí)，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(dòng)土應(yīng)小于10cm 厚，否則應(yīng)重新清除孔底浮土。
50.3.2 單孔波速法試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：
1 在所選定的試驗(yàn)點(diǎn)沿垂直向進(jìn)行鉆孔，并繪制鉆孔柱狀圖，將三分量檢波器固定在孔內(nèi)預(yù)定深度出，并緊貼孔壁；
2 可采用地面激振動(dòng)或孔內(nèi)激振，進(jìn)行孔內(nèi)激振時(shí)，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(yīng)放置約500kg 的重物，用錘沿板縱軸從兩個(gè)相反方向水平敲 擊板端，使地層產(chǎn)生水平剪切波；
3 將檢波器用氣囊，或用彈簧、機(jī)械擴(kuò)展裝置等方法固定在 孔內(nèi)不同深度接受剪切波；
4 應(yīng)結(jié)合土層布置測點(diǎn)，測點(diǎn)垂直間距宜取1m～3m, 層位變化 處加密，測試應(yīng)自下而上進(jìn)行，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)次數(shù)不應(yīng)小于3次。
50.3.3 穩(wěn)態(tài)振動(dòng)面波法試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：
1 選擇試驗(yàn)場地，并進(jìn)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(jù)場地條件通過試驗(yàn)確定，以振源作為測線零點(diǎn)，在振源一邊布置2 個(gè)或3個(gè)檢波器(圖50.3.3);
圖50.3.3 面波法(穩(wěn)定振動(dòng))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(dāng)兩檢波器接收到的振動(dòng)波有相位差時(shí)，表明兩檢波器的間距△l 不等于瑞利波波長 LR, 因此，移動(dòng)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(dòng)檢波器至2個(gè)波長或3個(gè)波長處，l=LR,2LR,3LR……進(jìn)行測試。試驗(yàn)應(yīng)重復(fù)多次，一般5組即可。
50.4 計(jì)算、制圖和記錄
50.4.1 波形識別按下列規(guī)定進(jìn)行：
1 在各測點(diǎn)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(gè)起跳點(diǎn)即為壓縮波的初至。然后，根據(jù) 下列特征識別出第1個(gè)剪切波的到達(dá)點(diǎn)；
2 波幅突然增至壓縮波幅2倍以上，如圖50.4.1(a) 所示；
3 周期比壓縮波周期至少增加2倍以上，如圖50.4. 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(gè)剪切波到達(dá)點(diǎn)的極性產(chǎn)生180°的改變，所以，極性波的交點(diǎn)即為第一個(gè)剪切波的到達(dá)點(diǎn)[圖50.4.1(c)]。
圖50.4.1 P 波、S 波的識別
50.4.2 應(yīng)正確計(jì)算激振點(diǎn)與檢波點(diǎn)之間的距離，對跨孔法，如孔 有偏斜，應(yīng)對孔距進(jìn)行校準(zhǔn)。
50.4.3 壓縮波、剪切波和瑞利波的傳播速度應(yīng)按下列公式計(jì)算， 其最大允許誤差應(yīng)為±5%:
(50.4.3-1)
(50.4.3-2)
(50.4.3-3)
式中：vP、Vs、VR——壓縮波、剪切波和瑞利波的波速(m/s);
LP、Ls、LR——壓縮波、剪切波和瑞利波的傳播距離(激振點(diǎn) 與檢波點(diǎn)的距離)(m);
tP、ts、tR——各波從激振點(diǎn)傳至檢波點(diǎn)所需的時(shí)間(s);
w-— 簡譜波的圓頻率(rad/s);
f——激振頻率(s?1)。
50.4.4 動(dòng)剪切模量、動(dòng)彈性模量和泊松比應(yīng)按下列公式計(jì)算：
(50.4.4-1)
(50.4.4-2)
或
(50.4.4-3)
(50.4.4-4)
(50.4.4-5)
式中：Gd—— 地層的動(dòng)剪切模量(kPa);
vs——地層的剪切波波速(m/s);
vP——地層的壓縮波波速(m/s);
Ed——地層的動(dòng)彈性模量(kPa);
μd——地層的動(dòng)泊松比。
50.4.5 根據(jù)整理和計(jì)算的數(shù)據(jù)，以深度為縱坐標(biāo)，壓縮波波速、 剪切波速、動(dòng)剪切模量、動(dòng)彈性模量為橫坐標(biāo)，繪出 vP、vs、Gd、Ed 值與深度變化的關(guān)系曲線。
50.4.6 波速試驗(yàn)的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄 D 表 D.84、 表 D.85 的規(guī)定。
