岩土工程课件4.波速测试.ppt

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1、岩土工程原位测试技术岩土工程原位测试技术第第5章波速试验章波速试验1第第5章内章内 容容5.1试验设备试验设备和方法和方法5.2基本测试原理基本测试原理5.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析5.4试验成果的应用试验成果的应用 讨讨 论论25.1试验设备和方法试验设备和方法一、试验设备一、试验设备试试验验设设备备一一般般包包含含激激振振系系统统、信信号号接接收收系系统统（传传感感器器）和和信信号号处处理系理系统统。测试测试方法不同，使用的方法不同，使用的仪仪器器设备设备也各不相同。也各不相同。二、测试方法二、测试方法由由于于土土中中的的纵纵波波速速度度受受到到含含水水量量的的影影响响，不不能

2、能真真实实地地反反映映土土的的动动力力特特性性，故故通通常常测测试试土土中中的的剪剪切切波波速速，测测试试的的方方法法有有单单孔孔法法（检层检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。31.单单孔法孔法单单孔孔法法是是在在一一个个钻钻孔孔中中分分土土层层进进行行检检测测，故故又又称称检检层层法法，因因为为只只需需一一个个钻钻孔孔，方方法法简简便便，在在实实测测中中用用得得较较多多，但但精精度度低低于于跨跨孔孔法法。单单孔孔法法的的现现场场测测试试情情况况如如图图5-1所示。所示。4对对准准备备工作的要求：工作的要求：（1）钻钻孔孔时时应应注注意意保保持持井井

3、孔孔垂垂直直，并并宜宜用用泥泥浆浆护护壁壁或或下下套套管，套管壁与孔壁管，套管壁与孔壁应紧应紧密接触；密接触；（2）当当剪剪切切波波振振源源采采用用锤锤击击上上压压重重物物的的木木板板时时，木木板板的的长长向向中中垂垂线线应应对对准准测测试试孔孔中中心心，孔孔口口与与木木板板的的距距离离宜宜为为13m；板板上所上所压压重物宜大于重物宜大于400kg；木板与地面；木板与地面应紧应紧密接触；密接触；（3）当当压压缩缩波波振振源源采采用用锤锤击击金金属属板板时时，金金属属板板距距孔孔口口的的距距离宜离宜为为13m；（4）应检查应检查三分量三分量检检波器各道的一致性和波器各道的一致性和绝缘绝缘性。性。

4、测试测试工作要求：工作要求：（1）测测试试时时，应应根根据据工工程程情情况况及及地地质质分分层层，每每隔隔13m布布置置一个一个测测点，并宜自下而上按点，并宜自下而上按预预定深度定深度进进行行测试测试；（2）剪剪切切波波测测试试时时，传传感感器器应应设设置置在在测测试试孔孔内内预预定定深深度度处处并并予予以以固固定定；沿沿木木板板纵纵轴轴方方向向分分别别打打击击其其两两端端，可可记记录录极极性性相相反的两反的两组组剪切波波形；剪切波波形；5（3）压压缩缩波波测测试试时时，可可锤锤击击金金属属板板，当当激激振振能能量量不不足足时时，可可采用落采用落锤锤或爆炸或爆炸产产生生压缩压缩波。波。测测试试

5、工工作作结结束束后后，应应选选择择部部分分测测点点作作重重复复观观测测，其其数数量量不不应应少于少于测测点点总总数的数的10%。2.跨孔法跨孔法跨跨孔孔法法有有双双孔孔和和三三孔孔等等距距方方法法，以以三三孔孔等等距距法法用用得得较较多多。跨跨孔孔法法测测试试精精度度高高，可可以以达达到到较较深深的的测测试试深深度度，因因而而应应用用也也比比较较普普遍遍，但但该该法法成成本本高高，操操作作也也比比较较复复杂杂。三三孔孔法法是是在在测测试试场场地地上上钻钻三三个个具具有有一一定定间间隔隔的的测测试试孔孔，选选择择其其中中的的一一个个孔孔为为振振源源孔孔，另另外外两两个个相相邻邻的钻孔内放置接收检

6、波器，如图的钻孔内放置接收检波器，如图5-2。67跨跨孔孔法法的的测测试试场场地地宜宜平平坦坦，测测试试孔孔宜宜布布置置在在一一条条直直线线上上。测测试试孔孔的的间间距距在在土土层层中中宜宜取取25m，在在岩岩层层中中宜宜取取815m；测测试试时时，应应根根据工程情况及地据工程情况及地质质分分层层，沿深度方向每隔，沿深度方向每隔12m布置一个布置一个测测点。点。钻钻孔孔时时应应注注意意保保持持井井孔孔垂垂直直，并并宜宜用用泥泥浆浆护护壁壁或或下下套套管管，套套管管壁壁与与孔孔壁壁应应紧紧密密接接触触。测测试试时时，振振源源与与接接收收孔孔内内的的传传感感器器应应设设置置在在同一水平面。同一水平

7、面。现场测试现场测试方法：方法：（1）当振源采用剪切波）当振源采用剪切波锤时锤时，宜采用一次成孔法；，宜采用一次成孔法；（2）当振源采用）当振源采用标标准准贯贯入入试验试验装置装置时时，宜采用分段，宜采用分段测试测试法。法。当当测测试试深深度度大大于于15m时时，必必须须对对所所有有测测试试孔孔进进行行倾倾斜斜度度及及倾倾斜斜方位的方位的测试测试；测测点点间间距不距不应应大于大于1m。当当采采用用一一次次成成孔孔法法测测试试时时，测测试试工工作作结结束束后后，应应选选择择部部分分测测点点作作重重复复观观测测，其其数数量量不不应应少少于于测测点点总总数数的的10%；也也可可采采用用振振源源孔孔和

8、和接收孔互接收孔互换换的方法的方法进进行复行复测测。89103.面波法面波法瑞瑞利利波波是是在在介介质质表表面面传传播播的的波波，其其能能量量从从介介质质表表面面以以指指数数规规律律沿沿深深度度衰衰减减，大大部部份份在在一一个个波波长长的的厚厚度度内内通通过过，因因此此在在地地表表测测得得的的面面波波波波速速反反映映了了该该深深度度范范围围内内土土的的性性质质，而而用用不不同同的的测测试试频频率率就就可可以以获获得不同深度土得不同深度土层层的的动动参数。参数。面面波波法法有有两两类类测测试试方方式式，一一是是从从频频率率域域特特性性出出发发，通通过过变变化化激激振振频频率率进进行行量量测测称称

9、为为稳稳态态法法；另另一一种种从从时时间间域域特特性性出出发发，瞬瞬态态激激发发采采集集宽宽频频面面波波，这这种种方方法法操操作作容容易易，但但是是资资料料处处理理复复杂杂。本本章章仅仅介介绍稳态绍稳态法。法。稳稳态态法法是是利利用用稳稳态态振振源源在在地地表表施施加加一一个个频频率率为为f的的强强迫迫振振动动，其其能能量量以以地地震震波波的的形形式式向向周周围围扩扩散散，这这样样在在振振源源的的周周围围将将产产生生一一个个随随时时间间变变化化的的正正弦弦波波振振动动。通通过过设设置置在在地地面面上上的的两两个个检检波波器器A和和B检检出出输输入波的波峰之入波的波峰之间间的的时间时间差，便可算

10、出瑞利波速度差，便可算出瑞利波速度VR。11测试设备测试设备由激振系由激振系统统和拾振系和拾振系统组统组成。成。激激振振系系统统一一般般多多采采用用电电磁磁式式激激振振器器。系系统统工工作作时时由由信信号号发发生生器器输输出出一一定定频频率率的的电电信信号号，经经功功率率放放大大器器放放大大后后输输入入电电磁磁激激振振器器线线圈圈，使其使其产产生一定生一定频频率的振率的振动动。拾拾振振系系统统由由检检波波器器、放放大大器器、双双线线示示波波仪仪及及计计算算机机四四部部份份组组成成。检检波波器器接接收收振振动动信信号号，经经放放大大器器放放大大，由由双双线线示示波波仪仪显显示示并并被被记记录录。

11、整个整个过过程由程由计计算机操作控制。算机操作控制。面面波波法法不不需需要要钻钻孔孔，不不破破坏坏地地表表结结构构物物，成成本本低低而而效效率率高高，是是一种很有前途的一种很有前途的测试测试方法。方法。测试测试工作可按下述方法工作可按下述方法进进行：行：（1）激振）激振设备设备宜采用机械式或宜采用机械式或电电磁式激振器；磁式激振器；（2）在在振振源源的的同同一一侧侧放放置置两两台台间间距距为为 l的的竖竖向向传传感感器器，接接收收由由振源振源产产生的瑞利波信号；生的瑞利波信号；12（3）改）改变变激振激振频频率，率，测试测试不同深度不同深度处处土土层层的瑞利波波速；的瑞利波波速；（4）电电磁式

12、激振磁式激振设备设备可采用可采用单单一正弦波信号或合成正弦波信号。一正弦波信号或合成正弦波信号。因因为为瑞瑞利利波波在在半半无无限限空空间间中中是是在在一一个个波波长长范范围围内内传传播播的的。低低频频激激振振时时，波波长长变变长长，可可测测出出深深层层瑞瑞利利波波速速度度。由由低低向向高高逐逐渐渐改改变变激激振振频频率率，波波长长由由长长变变短短，探探测测深深度度由由深深变变浅浅，从从而而得得出出不不同同深深度度的的弹弹性常数。性常数。测试过测试过程中要注意如下几点：程中要注意如下几点：（1）A、B检检波波器器的的距距离离一一定定要要小小于于1个个波波长长的的距距离离。这这是是因因为为，如如

13、果果设设置置的的距距离离过过大大，就就可可能能会会出出现现相相位位差差的的误误判判。但但检检波波器器间间的的间间距又不距又不应应太小，否太小，否则则会影响相位差的会影响相位差的计计算精度；算精度；（2）为为提高确定相位差的精度，提高确定相位差的精度，应应尽量尽量选选取小的采取小的采样间样间隔；隔；（3）为为保保证证波波峰峰的的可可靠靠对对比比和和压压制制干干扰扰波波，需需要要时时可可将将正正弦弦激激振波加以振波加以调调制；制；13（4）根根据据实实际际情情况况调调整整频频率率变变化化速速率率（步步长长），一一般般仪仪器器中中都都设设置置了了频频率率自自动动降降低低设设备备，可可以以任任意意选选

14、择择，但但步步长长太太小小，作作业业时时间间长长；步；步长长太大，又会影响太大，又会影响观测观测精度。精度。145.2基本测试原理基本测试原理弹弹性性波波速速法法以以弹弹性性理理论论为为依依据据，通通过过对对岩岩土土体体中中弹弹性性波波（速速度度、振振幅幅、频频率率等等）的的测测量量，提提出出岩岩土土体体的的动动力力参参数数并并评评价岩土体的工程性质。价岩土体的工程性质。一一般般而而言言，介介质质的的质质量量密密度度越越高高、结结构构越越均均匀匀、弹弹性性模模量量越越大大，则则弹弹性性波波在在该该介介质质中中的的传传播播速速度度也也越越高高，同同时时我我们们又又知知道道该该介介质质的的力力学学

15、特特性性也也越越好好。故故弹弹性性波波的的传传播播速速度度在在通通常常的的情情况下能反映材料的力学和工程性质。况下能反映材料的力学和工程性质。根根据据弹弹性性理理论论，当当介介质质受受到到动动荷荷载载的的作作用用时时将将引引起起介介质质的的动动应应变变，并并以以纵纵波波、横横波波和和面面波波等等形形式式从从振振源源向向外外传传播播。当当动动应应力力不不超超过过介介质质的的弹弹性性界界限限时时所所产产生生的的波波称称为为弹弹性性波波。岩岩土土体体在在一一定定条条件件下下可可视视为为弹弹性性体体，依依据据牛牛顿顿定定律律可可导导出出弹弹性性波波在在无无限均质体中的运动方程。相应的波速为：限均质体中

16、的运动方程。相应的波速为：15（5-1）（5-2）引入拉梅常数引入拉梅常数、M，（5-3）（5-4）（5-1）和（）和（5-2）可以写）可以写为为下列下列简洁简洁的形式：的形式：（5-5）（5-6）16如如果果测测试试出出了了岩岩土土体体中中的的弹弹性性波波波波速速，可可以以由由上上列列公公式式推推出出岩岩土体的土体的动弹动弹性模量性模量Ed、动动剪切模量剪切模量Gd和和动动泊桑比泊桑比 如下：如下：kPa （5-7）kPa （5-8）（5-9）式中式中 m波速比，波速比，m=vP/vs。175.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析1.单单孔法孔法确确定定压压缩缩波波或或剪剪切切波波从从振振

17、源源到到达达测测点点的的时时间间时时，应应符符合合下下列列规规定：定：（1）确定）确定压缩压缩波的波的时间时间，应应采用采用竖竖向向传传感器感器记录记录的波形；的波形；（2）确确定定剪剪切切波波的的时时间间，应应采采用用水水平平传传感感器器记记录录的的波波形形。由由于于三三分分量量检检波波器器中中有有两两个个水水平平检检波波器器，可可得得到到两两张张水水平平分分量量记录记录，应选应选最佳接收的最佳接收的记录进记录进行整理。行整理。压压缩缩波波或或剪剪切切波波从从振振源源到到达达测测点点的的时时间间，应应按按下下列列公公式式进进行斜距校正：行斜距校正：T=KTL （5-10）（5-11）18时时

18、距距曲曲线线图图的的绘绘制制，应应以以深深度度H为为纵纵坐坐标标，时时间间T为为横横坐坐标标。波波速速层层的的划划分分，应应结结合合地地质质情情况况，按按时时距距曲曲线线上上具具有有不不同同斜斜率率的的折折线线段段确确定定。每每一一波波速速层层的的压压缩缩波波波波速速或或剪剪切切波波波波速速，应应按按下式下式计计算：算：（5-12）2.跨孔法跨孔法确确定定压压缩缩波波或或剪剪切切波波从从振振源源到到达达测测点点的的时时间间时时，应应符符合合下下列列规规定：定：（1）确定）确定压缩压缩波的波的时间时间，应应采用采用竖竖向向传传感器感器记录记录的波形；的波形；（2）确定剪切波的）确定剪切波的时间时

19、间，应应采用水平采用水平传传感器感器记录记录的波形。的波形。由由振振源源到到达达每每个个测测点点的的距距离离，应应按按测测斜斜数数据据进进行行计计算算。每每个个测试测试深度的深度的压缩压缩波波速及剪切波波速，波波速及剪切波波速，应应按下列公式按下列公式计计算算 1920（5-13）（5-14）S=S2-S1 （5-15）3.面波法面波法瑞利波波速瑞利波波速应应按下式按下式计计算：算：（5-16）地基的地基的动动剪剪变变模量和模量和动弹动弹性模量，性模量，应应按下列公式按下列公式计计算：算：（5-17）（5-18）21（5-19）（5-20）225.4试验成果的试验成果的工程应用工程应用根根据据

20、岩岩土土体体中中的的弹弹性性波波波波速速，可可以以判判定定场场地地土土的的物物理理力力学学性性质质和和地地基基承承载载力力，评评价价场场地地土土的的液液化化可可能能性性，计计算算场场地地土土的的卓越周期，卓越周期，检测检测地基地基处处理的效果。理的效果。23讨讨 论论 1理解动力触探试验的工作机理。理解动力触探试验的工作机理。2何为有效锤击能量？何为有效锤击能量？3动动力力触触探探有有那那几几种种类类型型？各各适适用用于于什什么么样样的的土土层层？标标贯贯适适用用于什么样的地层条件？于什么样的地层条件？4用用动动力力触触探探和和标标准准贯贯入入为为何何能能估估计计地地基基土土的的物物理理力力学

21、学参参数数和和地基承载力？地基承载力？5动动力力触触探探和和标标准准贯贯入入存存在在超超前前和和滞滞后后效效应应吗吗？为为何何会会产产生生此此种效应？种效应？6动动力力触触探探的的一一般般测测试试过过程程如如何何？怎怎样样绘绘制制动动探探的的击击数数深深度度关关系曲线？系曲线？7为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？8怎怎样样根根据据击击数数深深度度关关系系曲曲线线进进行行土土层层划划分分？土土层层划划分分后后如如何何用平均法求各土层的测试参数？用平均法求各土层的测试参数？249工程中常用哪几种波速法？工程中常用哪几种波速法？10单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？11波速法可以测试地基土的哪些动参数？波速法可以测试地基土的哪些动参数？12波波速速法法为为何何能能划划分分土土层层的的物物理理力力学学参参数数并并检检测测地地基基处处理理的的效效果果？25