提高单孔法剪切波速测试精度的若干办法

摘 要：单孔法剪切波速测试在各类工程勘查中应用广泛，但要获得高质量的测试效果却不容易，从目前实际工作中存在的一些问题，力求通过仪器选择、振源激发方式来达到提高单孔法剪切波速测试精度的目的。

关键词：单孔法；剪切波速；振源；优势波；识别波形

应用地球物理勘探方法，在钻孔中进行单孔法剪切波速测试，为各类建设工程的抗震设计提供相關参数和依据，越来越受到设计单位和工程界的普遍重视。然而，剪切波速实际测试过程中，容易受到多方面的影响和干扰，如何提高剪切波速的测试精度，更好地识别和判读剪切波波形，是剪切波速测试中需要解决的问题，为此笔者建议采用如下方法逐步提高单孔法剪切波速的测试精度。

在选择测试仪器方面，应尽量选择专用剪切波速测试的仪器设备，因为这种专用仪器测量的针对性强，目标信号一般采用高信噪比电路设计，有利于识别剪切波信号。专用剪切波测试仪器，一般采用同一触发条件下，正反两个方向获得振源波形，这种反向位波形有利于判读剪切波的初至时间。

对于用一些综合类仪器测试地层的剪切波，仪器放大器的放大倍数应大于2000；记录器要有较好的分辨能力，分辨率越高越好；触发器性能要稳定，灵敏度应达0.1ms；仪器采用多通道且相位特性一致，以利于识别波形和比对。

对于综合类仪器用于剪切波速测试，还应注意仪器本身各测量和记录系统的匹配，所反映出的测试效果就是看是否能准确的测试出或识别出剪切波。

在振源选择和接收方式上，简便易行的方法是地表激发，孔中接收。这种方法较适合浅部钻孔（一般50米以内）的波速测试，而大部分建设工程的工程地质勘查都在这一深度内。

当选择地表激发，钻孔中用三分量检波器接收时，采用金属板（块）作为振源，敲击时可获得质量较好的纵波（P波），但一般剪切波信号（S波）不理想。实际工作中常用木板敲击振源，这种振源简便可行且效果较好，板长一般为2～3m，宽度有利于上压重物，板厚应在锤击时不易打到木板边界。实际工作中也可以利用同一触发条件下，采用金属板和木板两种材料的振源板分别敲击，分别获得P波和S波，以便清晰判读这两种波形。

当振源板采用木板时，木板的压重，应保证用锤侧向敲击时，木板不产生侧向滑移。木板的放置位置，应距钻孔2～4m为好，不宜离钻孔太近，因为太近，产生的压缩波有可能掩盖剪切波。木板同地面的接触状况对产生剪切波影响明显，因此木板与地面接触的越紧密

越好。

木板下方土体不均匀，或含有碎石层、碎砖瓦、以及存在构筑物垃圾时，将严重影响测试效果，因此要尽量避开，必要时可采用挖坑放置木板的方法加以解决。

敲击木板产生剪切波的方法，要以水平向分别敲击木板的两端，因为这种剪切波振源，其优势波为SH波和SV波，如果敲击木板时不水平（或同水平线交角过大），则压缩波分量有可能掩盖剪切波。

剪切波速测试过程中，识别剪切波波形，判读剪切波的初至时间很重要。在水平向敲击木板时，虽然能产生较好的剪切波，但由于受压缩波、地层中的折射波等多种因素影响，给识别波形和判定剪切波的初至时间带来了困难。因此，我们在钻孔上半部分（相对浅孔处）测试时，应采用水平轻击木板振源，以压制浅部压缩波的干扰；当接收信号变小，测试深度较大时，再用较大能量水平敲击木板，以利于获得较好的剪切波波形。

在波速测试时，三分量检波器应选择自振频率较高的检波器；当钻孔较深时，可选用自振频率较低的检波器。测试时检波器要紧贴于孔壁，并要检查检波器电缆的标注深度，防止因弄错标识深度而使剪切波测试计算造成错误。

在较深的钻孔中，即使我们选择自振频率较低的检波器，仍无法获得较清晰的剪切波信号时，我们可以选择孔中激发，孔中接收的方法，这种方法通常选用机械型振源的井下剪切波锤，配合三分量检波器组成激发和接收装置，分别测试剪切波在地层中的传播时间，最终累加确定剪切波走时，并求得相应的剪切波波速。

为提高单孔法剪切波速的测试精度，波速测试时要特别注意测试现场的工作环境是否满足测试要求，注意在公路、铁路、工业厂区、城市区域测试时干扰振源的影响，必要时可采用晚间干扰少的时候测试。

参考文献

[1]常士骠，等.《工程地质手册》（第四版）.中国建筑工业出版社 . 2007

作者简介

曹荣会、男、籍贯为辽宁省黑山县，1960年9月生人、汉族、高级工程师，现从事工程物探工作。