單孔剪切波速測(cè)試方法（征求意見稿）

1T/NMRJ028—2025單孔剪切波速測(cè)試方法本文件規(guī)定了單孔剪切波速的測(cè)試方法。本文件所述的測(cè)試方法適用于50m深度范圍內(nèi)的單孔剪切波速測(cè)試，要求鉆孔為直孔，即傾角為90°,傾角偏差3°以內(nèi)的鉆孔可近似為直孔按照本文件方法進(jìn)行測(cè)試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T8170—2008數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB50011—2010（2016年版）建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50021—2001（2009年版）巖土工程勘察規(guī)范GB55002—2021（2021年版）建筑與市政工程抗震通用規(guī)范3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1彈性波elasticitywave應(yīng)力波的一種，擾動(dòng)或外力作用引起的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)趶椥越橘|(zhì)中傳遞的形式和傳播過(guò)程。在地層介質(zhì)中傳播的彈性波可分為體波和面波。3.2壓縮波（P波）compressionalwave體波存在于整個(gè)介質(zhì)體中，可分為縱波和橫波。其中，縱波又稱為壓縮波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向平行。3.3剪切波（S波）shearwave體波存在于整個(gè)介質(zhì)體中，可分為縱波和橫波。其中，橫波又稱為剪切波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，橫波比縱波傳播速度慢。3.4波速測(cè)試wavevelocitytesting根據(jù)壓縮波、剪切波或瑞利波在巖土體內(nèi)的傳播速度，間接測(cè)定巖土體在小應(yīng)變條件下動(dòng)彈性模量的原位測(cè)試。2T/NMRJ028—20253.5單孔法singleholemethod在一個(gè)垂直鉆孔內(nèi)，自上而下（或自下而上）按地層劃分逐層檢測(cè)每一地層的壓縮波波或剪切波速度。3.6振源vibrationsource剪切波振源，要求具有偏振性，能產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)剪切波，并具有可反向性、重復(fù)性好和產(chǎn)生足夠能量等特點(diǎn)。3.7鉆孔drillhole利用鉆探設(shè)備向地下鉆成的直徑較小、深度較大的柱狀圓孔，又稱鉆井。3.8走時(shí)（T）traveltime剪切波從振源傳到觀測(cè)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。3.9波速（V）wavevelocity單位時(shí)間內(nèi)某種一定的振動(dòng)相所傳播的距離，稱為波速。4方法原理單孔法測(cè)試剪切波速，是在鉆孔附近設(shè)置振源，采用人工錘擊的方法產(chǎn)生縱波（壓縮波，P波）和橫波（剪切波，S波）。當(dāng)剪切波在鉆孔中順序穿過(guò)不同性質(zhì)的巖土層時(shí)，因遇到不連續(xù)構(gòu)造面發(fā)生折射或反射，傳播速度發(fā)生變化。此時(shí)設(shè)在鉆孔中的檢波器接收到震動(dòng)信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即可拾取剪切波的傳播時(shí)間（走時(shí)）。以振源到檢波器間的直線距離作為傳播距離，則傳播距離與傳播時(shí)間的比值即為剪切波的傳播波速。測(cè)試示意圖如圖1所示。3T/NMRJ028—2025孔 器檢檢波器 木板tiL圖1剪切波速測(cè)試示意圖L5試驗(yàn)準(zhǔn)備5.1鉆孔按照測(cè)試探頭口徑的需要，鉆頭一般經(jīng)常使用50mm~60mm、90mm~105mm、110mm~130mm，根據(jù)測(cè)井需要，鉆孔直徑應(yīng)該比測(cè)試探頭直徑大30mm~50mm。要求井壁光滑，井徑變化較小，上下一致。在松散和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地層鉆井，除了更換鉆具外，鉆進(jìn)的速度也要適當(dāng)控制以保證井壁質(zhì)量。鉆孔應(yīng)為直孔，即傾角應(yīng)為90°,傾斜不能超過(guò)3°,否則測(cè)井資料的可靠程度大大降低。剪切波速應(yīng)在拔出套管的條件進(jìn)行測(cè)試。打完鉆孔后，應(yīng)立即對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔、泥漿護(hù)壁等工作，以上工作完成后立即進(jìn)行剪切波速測(cè)試。要求在鉆孔完工后24h內(nèi)完成剪切波速測(cè)試工作。5.2振源5.2.1采用人工錘擊木板的方式作為振源，沿木板縱軸從兩個(gè)相反方向分別水平錘擊木板產(chǎn)生剪切波。5.2.2在距孔口1m～2m處放置長(zhǎng)約2m～3m、寬約0.3m～0.5m、厚約0.1m的彈性和韌性較好的木板。木板錘擊的兩頭可包上鐵皮或用一塊比木板截面稍大的鐵板墊在木板兩頭以便多次使用。5.2.3在木板下方鋪設(shè)砂土保證其與地面貼緊，上壓500kg左右的重物以防木板滑移，保證木板的中垂線通過(guò)孔口。5.2.4錘擊采用8磅或10磅大錘。4T/NMRJ028—20256現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試6.1測(cè)點(diǎn)選擇初步勘察階段，大面積的同一地質(zhì)單元測(cè)試鉆孔數(shù)不宜少于3個(gè)；詳細(xì)勘察階段，單幢建筑測(cè)試鉆孔數(shù)不少于2個(gè)，若測(cè)試數(shù)據(jù)變化較大可適量增加。6.2數(shù)據(jù)采集6.2.1平整場(chǎng)地。鉆孔附近地面應(yīng)盡量可能平整。6.2.2放置木板。將地面整理平整后，鋪上一層砂子，再將木板放在平整的砂子上，上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸。6.2.3采樣間隔。根據(jù)工程情況和地質(zhì)分層合理設(shè)置，采樣間隔越密集，獲取的巖土層剪切波速信息越接近真實(shí)地層，但同時(shí)增加了工作量和工作成本。目前常用的采樣間隔是1m。6.2.4信號(hào)采集。儀器連接后，將測(cè)試探頭放入鉆孔，緩慢勻速下降，在孔內(nèi)不同深度處接收剪切波時(shí)，應(yīng)與孔壁貼合良好，停留約10s后進(jìn)行測(cè)試從而避免泥漿擾動(dòng)干擾。在探頭上配接鋼絲細(xì)繩，可增強(qiáng)抗拉性減少纏繞。對(duì)于有泥漿護(hù)壁的鉆孔，可從孔底由下至上測(cè)試，以免因泥漿沉淀卡住探頭。6.3注意事項(xiàng)6.3.1井孔應(yīng)與木板長(zhǎng)軸線垂直，即井孔到木板的距離相等，這是保證木板兩面敲擊后，剪切波恰好反向的基礎(chǔ)。6.3.2木板與表土層耦合的好壞直接關(guān)系波形采集的好壞?，F(xiàn)場(chǎng)可在選定放木板的地方撒一層砂子，放上木板來(lái)回磨動(dòng)，然后拿開木板，在有空缺處再撒砂子，反復(fù)數(shù)次可達(dá)到最佳效果。6.3.3測(cè)試時(shí)錘擊力要盡量保證水平。錘擊要干凈利索，避免二次或多次擊打。6.3.4隨著測(cè)試深度的增加，有效信號(hào)的頻率會(huì)有所降低，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀取有一定的影響。6.3.5隨著測(cè)試深度的增大，剪切波信號(hào)能量逐漸減小，單純?cè)黾蛹ぐl(fā)能量也會(huì)增大噪聲的干擾?？梢栽谶x擇適當(dāng)激發(fā)能量的同時(shí)，采用多次疊加的方法壓制噪聲，提高有效信號(hào)的幅度。6.4質(zhì)量控制6.4.1遵循“二同二不同”原則，即按相同點(diǎn)位、相同儀器、不同時(shí)間、不同操作員的原則進(jìn)行檢查觀測(cè)。檢查工作量一般應(yīng)為總測(cè)點(diǎn)的3%，且不少于2個(gè)測(cè)點(diǎn)。檢查測(cè)量的總均方誤差不應(yīng)大于5%。6.4.2對(duì)每個(gè)獨(dú)立的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行兩次測(cè)定，取其平均值。7資料處理7.1波形判讀7.1.1采集得到的波形由直達(dá)波、縱波、橫波三部分組成：a）直達(dá)波：從零時(shí)開始至直達(dá)波能量的到達(dá)，表現(xiàn)為一條帶有毛刺（干擾）的近似直線；b）縱波：從波的第一個(gè)初至起到第二個(gè)初至止，表現(xiàn)為小振幅高頻率；c）橫波：初至波到達(dá)后以橫波為主的部分，振幅大，頻率低。7.1.2根據(jù)正反兩個(gè)方向激發(fā)的橫波極性相反的特點(diǎn)，確定橫波的初至，讀取第一個(gè)剪切波到達(dá)的時(shí)刻為傳播時(shí)間。5T/NMRJ028—20257.2剪切波速計(jì)算7.2.1層速度由圖2所示的幾何關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)，剪切波在第i層土中傳播的層速度為：Vi=Hi/(TiCOSαi-Ti-1COSαi-1)（1）式中：Vi——第i層土的剪切波速，米/秒（m/s）；Hi——檢波器置于孔中第i個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)它與第（i-1）測(cè)點(diǎn)之間的距離，米（mTi——檢波器置于鉆孔中第i個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)波的旅行時(shí)，秒（s）；αi——檢波器置于鉆孔中第i個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)，它與激震點(diǎn)連線與鉛直方向的夾角，度(°)。h1T1V1h2T2T3V2h3T4V3h4V4hi圖2剪切波傳播速度計(jì)算示意圖7.2.2等效剪切波速等效剪切波速可按下列公式計(jì)算：Vse=d0/T（2）（3）式中：Vse——土層等效剪切波速，米/秒（m/s）；d0——計(jì)算深度，取覆蓋層厚度和20m二者之間的較小值，米（mT——剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間，秒（s）；di——計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度，米（mVi——計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速，米/秒（m/sn——計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。7.2.3平均速度平均速度可按下列公式計(jì)算：6T/NMRJ028—2025V=d0/T（4）（5）式中：V——土層平均速度，米/秒（m/sd0——測(cè)試深度，米（mT——剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間，秒（sdi——計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度，米（mVi——計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速，米/秒（m/sn——計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。7.2.4走時(shí)隨斜距的校正在實(shí)際測(cè)試中，振源與測(cè)試鉆孔間必定存在一定距離且可能存在高差，使剪切波的實(shí)際傳播距離與孔口至檢波器點(diǎn)位的直線距離產(chǎn)生偏差。因此，在數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)考慮振源至孔口的距離因素，利用幾何關(guān)系消除傳播距離引起的誤差。校正后的走時(shí)計(jì)算公式為：式中：T’——剪切波從孔口到達(dá)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，秒（s）；T——剪切波從振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)時(shí)間，秒（sH——測(cè)點(diǎn)深度，米（mH0——振源與孔口的高差，米（mL——木板中心到孔口的水平距離，米（m）。8精密度8.1重復(fù)性 在重復(fù)性條件下，兩次測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差ui應(yīng)小于2m，其中，m表示設(shè)計(jì)的無(wú)位均方相對(duì)誤差（本試驗(yàn)方法的設(shè)定值為3%）。ui的計(jì)算公式為：式中：Vi，Vi’——原始觀測(cè)與檢查觀測(cè)的波速值。8.2再現(xiàn)性在再現(xiàn)性條件下，檢查工作量一般應(yīng)為測(cè)區(qū)總工作量的3%，且不少于2個(gè)測(cè)點(diǎn)。檢查測(cè)量的總均7T/NMRJ028—2025方誤差M不應(yīng)大于5%。M的計(jì)算公式為：式中：M——總均方相對(duì)誤差n——參加統(tǒng)計(jì)計(jì)算的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)ui——諸受檢點(diǎn)的相對(duì)誤差（第i個(gè)參加評(píng)定的測(cè)點(diǎn)的相對(duì)誤差）9檢測(cè)報(bào)告9.1檢測(cè)報(bào)告應(yīng)包括工程概況、方法名稱及編號(hào)、數(shù)據(jù)采集、資料處理、和檢測(cè)結(jié)論等內(nèi)容。9.2工程概況。描述任務(wù)來(lái)源、具體任務(wù)、工作目的。9.3方法名稱及編號(hào)。《單孔剪切波速測(cè)試方法（T/NMRJ028—2025）》。9.4數(shù)據(jù)采集。描述工作所使用的的儀器及其參數(shù)指標(biāo)；描述測(cè)線測(cè)點(diǎn)的布置情況。9.5資料處理。描述資料處理的方法；計(jì)算各鉆孔土層的層速度、平均速度、和等效剪切波速；繪制走時(shí)曲線。9.6檢測(cè)結(jié)論。參照附錄A土的類型劃分標(biāo)準(zhǔn)和附錄B建筑場(chǎng)地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，判斷土層類型和建筑場(chǎng)地類別。8T/NMRJ028—2025