巖土工程4波速測(cè)試課件

巖土工程原位測(cè)試技術(shù)第5章波速試驗(yàn)1課件第5章內(nèi)容5.1試驗(yàn)設(shè)備和方法5.2基本測(cè)試原理5.3試驗(yàn)成果的整理分析5.4試驗(yàn)成果的應(yīng)用討論2課件5.1試驗(yàn)設(shè)備和方法一、試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備一般包含激振系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)（傳感器）和信號(hào)處理系統(tǒng)。測(cè)試方法不同，使用的儀器設(shè)備也各不相同。二、測(cè)試方法由于土中的縱波速度受到含水量的影響，不能真實(shí)地反映土的動(dòng)力特性，故通常測(cè)試土中的剪切波速，測(cè)試的方法有單孔法（檢層法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。3課件對(duì)準(zhǔn)備工作的要求：（1）鉆孔時(shí)應(yīng)注意保持井孔垂直，并宜用泥漿護(hù)壁或下套管，套管壁與孔壁應(yīng)緊密接觸；（2）當(dāng)剪切波振源采用錘擊上壓重物的木板時(shí)，木板的長(zhǎng)向中垂線(xiàn)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)測(cè)試孔中心，孔口與木板的距離宜為1~3m；板上所壓重物宜大于400kg；木板與地面應(yīng)緊密接觸；（3）當(dāng)壓縮波振源采用錘擊金屬板時(shí)，金屬板距孔口的距離宜為1~3m；（4）應(yīng)檢查三分量檢波器各道的一致性和絕緣性。測(cè)試工作要求：（1）測(cè)試時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程情況及地質(zhì)分層，每隔1~3m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，并宜自下而上按預(yù)定深度進(jìn)行測(cè)試；（2）剪切波測(cè)試時(shí)，傳感器應(yīng)設(shè)置在測(cè)試孔內(nèi)預(yù)定深度處并予以固定；沿木板縱軸方向分別打擊其兩端，可記錄極性相反的兩組剪切波波形；5課件（3）壓縮波測(cè)試時(shí)，可錘擊金屬板，當(dāng)激振能量不足時(shí)，可采用落錘或爆炸產(chǎn)生壓縮波。測(cè)試工作結(jié)束后，應(yīng)選擇部分測(cè)點(diǎn)作重復(fù)觀測(cè)，其數(shù)量不應(yīng)少于測(cè)點(diǎn)總數(shù)的10%。2.跨孔法跨孔法有雙孔和三孔等距方法，以三孔等距法用得較多?？缈追y(cè)試精度高，可以達(dá)到較深的測(cè)試深度，因而應(yīng)用也比較普遍，但該法成本高，操作也比較復(fù)雜。三孔法是在測(cè)試場(chǎng)地上鉆三個(gè)具有一定間隔的測(cè)試孔，選擇其中的一個(gè)孔為振源孔，另外兩個(gè)相鄰的鉆孔內(nèi)放置接收檢波器，如圖5-2。6課件7課件9課件10課件3.面波法瑞利波是在介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，其能量從介質(zhì)表面以指數(shù)規(guī)律沿深度衰減，大部份在一個(gè)波長(zhǎng)的厚度內(nèi)通過(guò)，因此在地表測(cè)得的面波波速反映了該深度范圍內(nèi)土的性質(zhì)，而用不同的測(cè)試頻率就可以獲得不同深度土層的動(dòng)參數(shù)。面波法有兩類(lèi)測(cè)試方式，一是從頻率域特性出發(fā)，通過(guò)變化激振頻率進(jìn)行量測(cè)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)法；另一種從時(shí)間域特性出發(fā)，瞬態(tài)激發(fā)采集寬頻面波，這種方法操作容易，但是資料處理復(fù)雜。本章僅介紹穩(wěn)態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法是利用穩(wěn)態(tài)振源在地表施加一個(gè)頻率為f的強(qiáng)迫振動(dòng)，其能量以地震波的形式向周?chē)鷶U(kuò)散，這樣在振源的周?chē)鷮a(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的正弦波振動(dòng)。通過(guò)設(shè)置在地面上的兩個(gè)檢波器A和B檢出輸入波的波峰之間的時(shí)間差，便可算出瑞利波速度VR。11課件（3）改變激振頻率，測(cè)試不同深度處土層的瑞利波波速；（4）電磁式激振設(shè)備可采用單一正弦波信號(hào)或合成正弦波信號(hào)。因?yàn)槿鹄ㄔ诎霟o(wú)限空間中是在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播的。低頻激振時(shí)，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，可測(cè)出深層瑞利波速度。由低向高逐漸改變激振頻率，波長(zhǎng)由長(zhǎng)變短，探測(cè)深度由深變淺，從而得出不同深度的彈性常數(shù)。測(cè)試過(guò)程中要注意如下幾點(diǎn)：（1）A、B檢波器的距離一定要小于1個(gè)波長(zhǎng)的距離。這是因?yàn)?，如果設(shè)置的距離過(guò)大，就可能會(huì)出現(xiàn)相位差的誤判。但檢波器間的間距又不應(yīng)太小，否則會(huì)影響相位差的計(jì)算精度；（2）為提高確定相位差的精度，應(yīng)盡量選取小的采樣間隔；（3）為保證波峰的可靠對(duì)比和壓制干擾波，需要時(shí)可將正弦激振波加以調(diào)制；13課件（4）根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整頻率變化速率（步長(zhǎng)），一般儀器中都設(shè)置了頻率自動(dòng)降低設(shè)備，可以任意選擇，但步長(zhǎng)太小，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)；步長(zhǎng)太大，又會(huì)影響觀測(cè)精度。

14課件5.2基本測(cè)試原理

彈性波速法以彈性理論為依據(jù)，通過(guò)對(duì)巖土體中彈性波（速度、振幅、頻率等）的測(cè)量，提出巖土體的動(dòng)力參數(shù)并評(píng)價(jià)巖土體的工程性質(zhì)。一般而言，介質(zhì)的質(zhì)量密度越高、結(jié)構(gòu)越均勻、彈性模量越大，則彈性波在該介質(zhì)中的傳播速度也越高，同時(shí)我們又知道該介質(zhì)的力學(xué)特性也越好。故彈性波的傳播速度在通常的情況下能反映材料的力學(xué)和工程性質(zhì)。根據(jù)彈性理論，當(dāng)介質(zhì)受到動(dòng)荷載的作用時(shí)將引起介質(zhì)的動(dòng)應(yīng)變，并以縱波、橫波和面波等形式從振源向外傳播。當(dāng)動(dòng)應(yīng)力不超過(guò)介質(zhì)的彈性界限時(shí)所產(chǎn)生的波稱(chēng)為彈性波。巖土體在一定條件下可視為彈性體，依據(jù)牛頓定律可導(dǎo)出彈性波在無(wú)限均質(zhì)體中的運(yùn)動(dòng)方程。相應(yīng)的波速為：15課件如果測(cè)試出了巖土體中的彈性波波速，可以由上列公式推出巖土體的動(dòng)彈性模量Ed、動(dòng)剪切模量Gd和動(dòng)泊桑比

如下：kPa（5-7）kPa（5-8）（5-9）式中m——波速比，m=vP/vs。17課件5.3試驗(yàn)成果的整理分析1.單孔法確定壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）確定壓縮波的時(shí)間，應(yīng)采用豎向傳感器記錄的波形；（2）確定剪切波的時(shí)間，應(yīng)采用水平傳感器記錄的波形。由于三分量檢波器中有兩個(gè)水平檢波器，可得到兩張水平分量記錄，應(yīng)選最佳接收的記錄進(jìn)行整理。壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，應(yīng)按下列公式進(jìn)行斜距校正：T=KTL（5-10）（5-11）18課件時(shí)距曲線(xiàn)圖的繪制，應(yīng)以深度H為縱坐標(biāo)，時(shí)間T為橫坐標(biāo)。波速層的劃分，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況，按時(shí)距曲線(xiàn)上具有不同斜率的折線(xiàn)段確定。每一波速層的壓縮波波速或剪切波波速，應(yīng)按下式計(jì)算：（5-12）2.跨孔法確定壓縮波或剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）確定壓縮波的時(shí)間，應(yīng)采用豎向傳感器記錄的波形；（2）確定剪切波的時(shí)間，應(yīng)采用水平傳感器記錄的波形。由振源到達(dá)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的距離，應(yīng)按測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。每個(gè)測(cè)試深度的壓縮波波速及剪切波波速，應(yīng)按下列公式計(jì)算19課件（5-13）（5-14）S=S2-S1（5-15）3.面波法瑞利波波速應(yīng)按下式計(jì)算：（5-16）地基的動(dòng)剪變模量和動(dòng)彈性模量，應(yīng)按下列公式計(jì)算：（5-17）（5-18）21課件（5-19）（5-20）22課件5.4試驗(yàn)成果的工程應(yīng)用根據(jù)巖土體中的彈性波波速，可以判定場(chǎng)地土