浅谈波速测试在实际工程中的应用

王晓光 宁展望

摘要：简单的介绍了波动原理和波速测试方法。应用等效剪切波速对实际工程的建筑场地类别进行判定，对岩层完整性进行了评价以及得到了一些岩层的动参数值为岩石特性的研究提供参考价值。

关键词：等效剪切波速 波动原理 完整性 动参数值

1.土体的波动原理

一般计算地震波时，地基被看作粘弹性介质模型比看作完全弹性模型更符合实际。但是因为我们的试验条件很有限，在测试波速过程中岩土体要被看做弹性介质。

根据直达波原理，土层的剪切波速Vs按式（1）计算

（1）

式中：t1、t2——剪切波有激发点O到相邻两测点A、B所需的时间；

r——激发点至钻孔口的距离。

通过室内测定岩样的声波速度，得到岩体完整性指数：

其中： Vp：室外实测得到的各测点声波速度（m/s）；

Vpr：室内测定的各岩样声波速度（m/s）；

通过这两个公式得到表2中的岩体的完整性指数，依次来评价岩体的完整性。

2.工程概况

某房地产准备在武昌地区建一座商业楼，地上15层，地下3层。经勘查得知此处的地层情况，由上而下分别为：杂填土、粉质粘土夹粉土、细砂（稍密）、细砂（中密）、细砂（密实）、含砾中细砂、强风化泥岩、中风化泥岩、微风化泥岩、微风化砂质泥岩、微风化砂岩。

3.波速测试方法

3.1剪切波的测试方法

剪切波速测试仪器使用RS-1616k（S）型信号检测分析仪，检波器使用RSJ-2000A/B三分量检波器。测试钻孔时，在距孔口1.5m处设置激振板，并在激振板上面压重物500kg，沿板纵轴从两个相反方向水平敲击板端，使其产生剪切波，将三分量检波器固定在孔内不同深度处接收剪切波。全部实测曲线和测试时使用的仪器参数都记录在磁盘上，可保存和回放处理，数据处理在微机上完成。

3.2声波测试仪器和方法

声波测井是通过孔中短距离激发并接受超声波，以测定孔壁附近岩体的声波速度沿孔深方向的变化情况，进行岩体的完整性判定。本次声波测井主机采用RS-ST01C型非金属声波检测仪。测试钻孔时，采用一发两收探头，换能器频率35KHz。

4.测试结果及分析

各测试孔等效剪切波速及覆盖层厚度以及判定结果见下表1。

表1 各测试孔等效剪切波速及覆盖层厚度表

本工程一号孔中岩土分析如表2。应用一下的计算公式得到各种岩性的动参数值。

其中：Vp——声波波速（m/s）；Vs——剪切波波速（m/s）；ρ——岩土密度（g/cm3）；

Ed——动弹性模量（KPa）；Gd——动剪切模量（KPa）；μd——动泊松比。

表2 不同岩性的动参数以及完整性

对比其他孔可知：强风化的泥岩完整性都不好，微风化或中风化的砂岩或泥岩完整性是比较好的。

5.结论

等效剪切波速在工程中对建筑场地类别的判定方面有着重要的作用。通过表2可知，随钻孔深度的增加，剪切波速增大趨势比较明显，说明地基土的工程性质提高。

对比表1和表2，在相同的深度条件下，土层的平均剪切波速不小于等效剪切波速；计算得到了一些岩层的动参数值，能为以后同类岩层提供参考。

参考文献：

[1]李新.用超声波法测定三轴仪内砂土试件动剪切模量的探索[D].水利水电科学研究院，硕士学位论文.指导教师：汪闻韶.

[2]单钰铭，刘维国.地层条件下岩石动静力学参数的实验研究[N].成都理工学院学报，2000，27（3）：249-254.

[3]王永刚.西安地区土层等效剪切波速测试与计算讨论[J].陕西建筑， 2007（12）.

[4]金问鲁，吴淦卿.粘-弹性介质中渗流的有限元法分析[J].应用数学和力学，1983（05）.