剪切波速測量方法

❶ 如何提高剪切波速測試精度

波速測試資料在工程上的應用還是比較廣的，主要有：
1、岩土彈性參數的計算：根據橫波速度和縱波速度，計算地基土的動彈性模量、動剪變模量、動體積模量等彈性參數；
2、地基剛度和阻尼比計算：根據橫波波速計算地基抗壓剛度系數和地基豎向阻尼比（用於動力機器基礎動力反應分析）；
3、劃分土的類型和建築場地類別：抗震規范里已經寫得很細了；
4、計算建築場地地基卓越周期：在抗震設計中，地基卓越周期是防止建築物與地基是否產生共振的依據；
5、判別砂土地基液化：《岩土工程勘察規范》條文說明中列出了相應的公式；
6、地震工程：在對場地進行地震動小區劃和地震反應譜分析時，均需進行鑽孔剪切波速測試，並提供Vs隨深度變化的資料，以便根據地層的剪切波速確定土層的最大剪變模量，為土層地震反應分析提供必需參數；
7、檢驗地基加固處理的效果：在地基加固處理的前後進行波速測試，可作出評價地基承載力的輔助資料。
因為地層波速與岩土的密實度、結構等物理力學指標密切相關，而波速測試的測試效率高，掌握的數據面廣，而成本低，若將波速法與載荷試驗、靜力觸探、標貫試驗等結合使用，無疑是工程勘察中比較有效的手段。
波速試驗可用於下列目的之一：

1劃分場地土類型、計算場地卓越周期、判別地基土液化的可能性，提供地震反應分析所需的場地土動力參數。

2計算設計動力機器基礎和計算結構物與地基土共同作用所需的動力參數。

3判定碎石土的密實度，評價地基土加固處理的效果。

4利用岩體縱波速度與岩石單軸極限抗壓強度對比劃分圍岩類別，確定岩石風化程度，並初步確定基床系數，圍岩穩定程度。

❷ 剪切波的剪切波現場測試方法

1、 振源
（1）振源的特點：
· 激發出的優勢波為SH和SV波
· 具有可重復性和可反向性
（2）常用振源的介紹：
單孔法波速測試採用的振源很多，如：爆破、空氣壓縮槍、彈簧式S波激發裝置、火箭筒等等。但在一般的場地剪切波速測試中最常用的是敲擊板激振源。
敲擊板激振源：
將一塊彈性好的木板（木板長約2米，寬約0.4—0.5米，厚約0.1米）受錘擊的兩頭包上鐵板，放在平整的地面上，上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸，然後敲擊木板兩側，這樣木板就給地面一個水平沖擊力，激起土層的剪切振動。激發的振動主要為SH波。
在敲擊沖量一定的條件下，激發的SH波振幅隨木板上重物重量的增大而增大，但超過一定值後影響會有所減少；長板效果比短板好；板與地面的接觸條件對激振效果影響較明顯，板底釘有釘齒、地面上潑水或水泥漿以增大木板與地面接觸的緊密程度可改善激振效果。
2、 信號接收換能器
（1）信號接收換能器的特點
為速度型檢波器，有三個分量，一個垂直，兩個水平。三個分量互相垂直，其中兩個水平分量在一個平面內相互夾角為90°。這樣的夾角可以保證檢波器放在孔中任意地方，總有一個檢波器與剪切波信號的方向小於或等於45°，以達到採集波形良好的效果。
（2）常用信號接收換能器的介紹
· 氣囊式井中三分量檢波器
通過充氣管給氣囊充氣使檢波器與鑽孔壁緊密接觸藕合，藕合情況的好壞，對採集波形的影響很大。採用這種檢波器可以任意選擇是從鑽孔底往鑽孔口測試還是從鑽孔口往鑽孔底測試。
· 杠桿式井中三分量檢波器
通過電池給電磁鐵通電吸合杠桿，將檢波器放入鑽孔中，斷開電池使杠桿彈開與鑽孔壁緊密接觸藕合。由於斷開電池後無法將杠桿再次吸合，因此採用這種檢波器只能選擇從鑽孔底往鑽孔口測試。
3、 儀器設備
（1）RSM系列產品技術指標
· 4道獨立瞬時浮點24位A/D
· 采樣間隔：10—65536微秒
· 最大增益為25600倍
（2）RSM—24FD浮點工程動測儀：
分體機：
一體機： 1、鑽孔的情況：
鑽孔附近地面應盡可能平整，鑽孔時應盡量減少孔壁土擾動，待測孔鑽到預定深度時，如地層軟弱應下套管護壁，套管與孔壁間應用灌漿和填砂法處理。
2、振源的放置：
用敲板法做振源時，在距孔口1—3米處放置長度2—3米的木板應與地面貼緊，上壓500Kg左右的重物以防木板的滑移，木板的中垂線應通過孔口，用錘沿板縱軸從兩個相反方向水平敲擊板端，產生水平剪切波。當板中心的高程與孔口相差較大時，應量測並記錄下來以便做修正之用。
3、檢波器的放置：
當井中三分量檢波器在孔內不同深度處接收剪切波時，應將其固定在孔壁上。當使用檢波器作觸發信號時，記時觸發檢波器應置於木板邊中心（勿壓木板下）。
4、檢波器與儀器連接：
將井中三分量檢波器的連接電纜連接好（不要接儀器），將適配線上的夾子分別接12V電池的兩級藉助外力吸合杠桿，把井中三分量檢波器放進鑽孔底，松開夾子彈開杠桿支撐孔壁。然後將適配線上的相應接頭與儀器後面的六合一連線連接，將有紅標簽的接頭接到六合一連線中長線標號為4的接頭上，將另兩個接頭分別接到六合一連線中長線標號為2、3的接頭上，然後把地面上用做觸發的檢波器接到六合一連線中長線標號為1的接頭上。
5、信號的採集：
（1）測點間距的選擇：
測試時，應使相鄰兩測點間的時差大於記錄上的可讀精度。對於土層一般以每隔1—2米布置一個測點為宜，並宜自下而上按預定深度進行測試。當有較薄夾層時，應適當調整，使得薄夾層中至少布置兩個測點。
（2）剪切波波形的取得：
測試時，應將井中三分量檢波器固定在預定深度，沿木板縱軸方向分別敲擊其兩端，記錄極性相反的兩組剪切波波形。 為獲得高質量的波形記錄，測試前應調整好儀器設備，保證各設備可靠連接。另外，現場要注意以下的問題。
1、作為振源的木板應選用彈性和韌性均好的木板，不宜用鐵板或水泥板。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。
2、井孔應與木板長軸線垂直，即井孔到木板兩頭的距離應相等，這是保證木板兩面敲擊後，剪切波恰好反向的一個基礎。孔源距應是井孔到木板中心的垂直距離。
3、木板與表土層藕合的好壞直接關系波形採集的好壞。現場可在選定放木板的地方撒一層砂子，放上木板來回磨動，然後拿開木板，藕合好壞一目瞭然，在有空缺處再撒砂子，反復數次可達最佳效果。
4、現場可將汽車直接壓在木板上。無汽車可用重物。重物的重量應保證錘擊時沒有大的位移，另外重物應盡可能在木板上均勻分配。
5、測剪切波時，錘擊力要盡量保持水平。錘擊要干凈利索，避免二次或多次擊打。
6、每次放下或提升換能器到一個新深度應保留十幾秒鍾後再測，這樣可避免泥漿擾動干擾。
7、在換能器上要配接吃力拉繩。根據經驗，最好是細鋼絲繩，細鋼絲繩伸縮性小，抗拉性強，不宜纏繞。
8、測有泥漿護壁的鑽孔，最好從孔底測起，避免因泥漿沉澱引起卡換能器和測量深度不夠情況。
9、剪切波不能在水中傳播，但根據實測經驗，在有濃泥漿護壁的鑽孔中，可以在換能器不與鑽孔壁緊密接觸的情況下測得很好的S波震相，為測量提供了方便。另外泥漿濃可以減少塌孔的可能性。
10、測有套管的鑽孔，要避免鋼絲繩與套管直接接觸。
11、測量時如遇塌孔卡換能器，在人力拉不動的情況下，最好將鑽機用不帶鑽頭的鑽桿放到合適深度，用沖洗的方法慢慢的提升，這樣可保住換能器。
12、在用氣囊式換能器時，用高壓氣筒慢慢打氣，打一下停一下，看是否已藕合，如提不動，則藕合好。切忌連續打氣，將氣囊脹破。 1、剪切波震相確認：
（1）波形記錄的現場識別：
現場採集的波形一般由三部分組成：
第一部分是從零時開始至直達波能量的到達，其信號除受外部干擾出現毛刺外，基本上是一條接近於直線的平穩段；
第二部分從波的第一個初至起到第二個初至止，此段屬於P波段，振幅小，頻率高；
第三部分是以S波為主的部分，振幅大，頻率低。
（2）波形的室內判讀：
室內判讀主要是精確地判讀出第一個S波到達的時間。對不同方向激振所記錄下來的波形圖，根據正反向激發S波極性相反的特點，確定S波的初至，並以觸發信號的起點為零時刻，讀取第一個剪切波到達的時刻。如右圖中的ts所示。
2、剪切波速的計算方法：
（1）走時隨斜距的校正：
當振源距孔口距離較大時，應按下列公式進行斜距校正：
T』：剪切波從孔口到達測點的時間（s）
T：剪切波從振源到達測點的實測時間（s）
H：測點深度（m） H0：振源與孔口的高差（m）
L：從板中心到測試孔的水平距離（m）
（2）剪切波速計算：
Vi=hi/(ticosαi—ti-1cosαi-1)
Vi：第i層土的剪切波速
hi：第i層土的厚度
ticosαi：剪切波從孔口到達第i層土底面的時間
Ti-1cosαi-1：剪切波從孔口到達第i層土頂面的時間

❸ 什麼是剪切波速(土木工程結構抗震)

剪切波速是指震動橫波在土內的傳播速度，單位是m/s。可通過人為激震的方法產生震動波，在相隔一定距離處記錄振動信號到達時間，以確定橫波在土內的傳播速度。測試方法一般有單孔法、跨孔法等。
剪切波速是抗震區確定場地土類別的主要依據。

❹ 剪切波波速測試儀的操作原理

單孔法波速測試採用的振源很多，如：爆破、空氣壓縮槍、彈簧式S波激發裝置、火箭筒等
等。但在一般的場地剪切波速測試中最常用的是敲擊板激振源。
敲擊板激振源：剪切波的測試設備—敲擊板激振源將一塊彈性好的木板（木板長約2米，寬約0.4—0.5米，厚約0.1米）受錘擊的兩頭包上鐵板，放在平整的地面上，上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸，然後敲擊木板兩側，這樣木板就給地面一個水平沖擊力，激起土層的剪切振動。激發的振動主要為SH波。
敲擊板激振源：
剪切波的測試設備—敲擊板激振源在敲擊沖量一定的條件下，激發的SH波振幅隨木板上重物重量的增大而增大，但超過一定值後影響會有所減少；長板效果比短板好；板與地面的接觸條件對激振效果影響較明顯，板底釘有釘齒、地面上潑水或水泥漿以增大木板與地面接觸的緊密程度可改善激振效果。
現場測試如圖所示。
1-場地振動測試儀
2-重物
3-木板
4-外觸發感測器
5-三分量探頭
6-探頭信號傳輸線
7-外觸發感測器信號線
8-鋼絲繩（或尼龍繩）
圖4 單孔波速測試示意圖
測試步驟：
1、平整場地，使激振板離測試孔的水平距離為1～3m，上壓重物500Kg以上或將卡車雙後輪壓在木板上；
2、將外觸發感測器（一般用錐形桿38Hz地震速度檢波器）插入激振板中間地面，緊靠激振板，信號線另一端與儀器的CH4通道聯接；
3、將三分量檢波器信號線接頭與儀器的數據匯流排介面連接，並開機在地表實測幾次，檢查一下整個測試系統是否正常；
4、將鋼絲繩（或尼龍繩）與探頭吊環連接好；
5、將探頭放入孔內某一位置，測試時，提繩宜緊貼孔壁拉住探頭，電纜處於鬆弛狀態，防止電纜的振動影響測試結果；
6、參數設置：采樣間隔和延遲時間宜隨測孔的深度變化而有所改變，一般以能讀到初至時間為准，采樣間隔宜小不宜大；出廠默認的采樣間隔為200us（適合20米以內測試）。
7、用適宜的鐵錘水平敲擊木板的一端，地表產生的剪切波經地層傳播，由孔內三分量檢波器的水平向檢波器接收SH波信號，然後反向敲擊木板的另一端，孔內三分量水平向檢波器同樣接收來自相反方向的SH波信號，通過正反兩方向的實測波形，找出波形交叉點，讀取初至波傳播時間；
8、一點測完後,用提升繩上拉或下放探頭，到待測點位置停下，再進行第二點測試，測完後繼續往上拉或下放。重復以上步驟，依此進行逐個點測試，直至測試點完成。
9、縱波波速的測試與SH波的測試有所不同，其振動頻率更快，采樣間隔較小，敲擊時應豎向敲擊放在孔口的鐵板或木板。

❺ 橫波(剪切波)波速測試法

一、跨孔法

跨孔法測試中須將振源、檢波器放在不同鑽孔中的同一高程位置上，根據孔水平間距和波傳播歷時，即可求出相應波速。由於該法的原理簡單，測試結果可靠，這一方法一經提出很快在國際上得到了廣泛的應用。

1.跨孔法波速測試的特點

(1)跨孔法波速測試可應用於各種地層，在地下水位以上和地下水位以下都有使用；

(2)在振源孔中採用垂直剪切沖擊，能夠產生水平傳播、垂直偏振的剪切波，可在原位上測得土層中剪切波的波速；

(3)在鑽孔間距適當時，跨孔法波速測試可測定地層中低速軟弱夾層的剪切波速值；

(4)它在測試中把振源和接收器都埋設在土中，現場測試受外界干擾較少，因此也可以用於在已有的結構物下的波速測試。

(5)由於跨孔法測試技術的測試深度較大，因此從理論上講，可以測試到鑽孔所能達到的最大深度。

2.跨孔法試驗儀器設備

跨孔試驗主要由鑽孔、激振、檢波器和記錄波信號等環節組成。所需試驗儀器設備則包括振源、接收器、放大器、記錄器等。

(1)振源 在工程中，跨孔試驗的主要測試對象是地層所傳播的剪切波。這就要求振源產生的S波與P波能量之比盡可能地高。爆炸振源是以往地震勘探中的常用振源。鑽孔內(通常充水)的雷管或少量炸葯的爆炸，可產生地震波和流體膨脹產生壓縮波，作用於孔壁之後傳至地層，在地層中可同時產生P波和S波。改變爆炸能量可定量控制S波和P波間的能量分配，爆炸能量越高，S波能量越大，這種效應在淺層更加明顯。

由於S波是P波的反射波，在上述一個復雜的波序列上識別S波的初始點將比較困難。

跨孔法波速測試採用的振源有兩種：爆炸振源和機械振源。現在大多用的是機械振源。

井下剪切波錘是一種常用的機械型振源(圖7-1)，它適用於各類土層。這種裝置由一個固定的圓筒體和一個滑動重錘組成。測試時，把該裝置放到鑽孔某一深度處，通過地面的液壓裝置將4個活塞推出使筒體緊貼井壁，然後向上拉連接在錘頂部的鋼絲繩，使活動重錘向上沖擊固定筒體。此時會產生剪切振動。由於振源作用力方向的改變，使接收到的S_V波初至相位差180°，這對辨別S_V波的初至是有益的。完成一個測點的測試後，可以通過地面的液壓裝置將4個活塞縮回，再放到另一個深度，繼續進行測試。

(2)接收器 跨孔法波速測試時，無論什麼樣的振源，都會產生復合波。這就要求接收器既能觀察到垂直振動分量，又能觀察到水平振動分量以便更好地識別剪切波到達的時刻。所以一般採用三分量檢波器。其中豎向分量主要用來識別S_V波。同時，三分量波形記錄器還可以進行互相校核資料、分析結果的可靠性。

圖7-1 井下剪切波錘結構簡圖

(3)放大器 跨孔法波速測試可以採用普通多通道放大器。各通道必須有較一致的相位特性，並配有可調節的增益裝置。放大器的放大倍數一般要求大於2000；同時要求內部噪音小；頻率特性適宜，抗工頻干擾能力強。

(4)記錄器 跨孔法波速測試所用的記錄器要求具有0.2ms的記錄、掃描能力，其掃描速率可以調節，以便波形的識別。目前國內常用的有SC-10、SC-16、SC-18型紫外線感光記錄示波器。

3.現場測試方法

(1)測試前的准備工作 測試前的准備工作包括：鑽孔數量、鑽孔尺寸、鑽孔布置方法和鑽孔間距的確定和記錄、下套管和灌漿、鑽孔垂直度測量等方面的工作。

(2)現場測試方法 跨孔法波速測試方法有兩種：①一次成孔測試法，它是當用於跨孔測試的鑽孔數量、深度、孔徑和孔距等設計好之後，將所有的鑽孔一次性鑽完，然後將套管下至距孔底2m處，然後灌漿，待漿液凝固後，便可進行測試；②分段鑽進分段測試法，它一般是用三台鑽機同時鑽進，當鑽至預定深度後提出鑽具，與此同時，將檢波器放入孔底同一標高，用重錘敲擊取土器使其產生波。該方法主要用於厚度不太大的第四紀土層。

4.資料整理

(1)波形記錄的現場識別 波形識別是跨孔法波速測試的重要工作。跨孔法波速測試中所記錄的波動信號曲線主要由體波組成。一般分三個階段：第一階段是從零時開始至直達波能量的到達，其信號除受外部干擾出現毛刺外，基本上是一條接近於直線的平穩段；第二段從波的第一個初至起至第二個初至止，此段屬於P波段，振幅小，頻率高；第三段是以S波為主的部分，振幅大，頻率低。

(2)波形的室內判讀 室內判讀主要是精確地判讀出P 波初至時間和第一個 S 波到達的時間。

(3)數據的整理和計算 完成波形識別工作後，記錄兩接收孔間 P波和S波的傳播時間t_P、t_S。根據振源孔和測試孔之間的距離，以及鑽孔垂直度量測結果，求出直達波的傳播距離L，並由式(7-5)分別求出P波和S波的波速t_P、t_S：

土體原位測試與工程勘察

式中：υ_P，υ_S為分別為P波和S波的波速(m/s)；L為直達波的傳播距離(m)；t_P，t_S分別為P波和S波的傳播時間(s)。

同一測點P波和S波的波速的測試誤差，應控制在5%～10%之內，否則必須分析原因或者重新測試。

二、單孔法

單孔法波速測試是在一個垂直鑽孔中進行波速測試的方法。按激振和檢波器在鑽孔中所處的位置不同，單孔法又可分為四種：①地表激發，孔中接收(下孔法)；②孔中激發，地表接收(上孔法)；③孔中激發，孔中接收；④孔中激發，孔底接收。

1.測試設備

除了振源外，單孔法波速測試的其他儀器設備與跨孔法基本相同。單孔法波速測試常選用的振源為剪切波振源，其優勢波為S_H波(S_H波是一種剪切波，其質點振動方向平行於地面)和S_V波，具有可重復性和可反向性。一般採用(圖7-2)所示的激振方式：

圖7-2 單孔法的測試工作原理示意圖

2.測試方法

現場測試工作包括如下內容：鑽孔、設置振源和檢波器、確定測點間距。

(1)鑽孔：鑽孔附近地面應盡可能幹凈，鑽孔時應盡量減少孔壁土擾動，待測孔鑽到預定深度時，如地層軟弱應下套管護壁，套管與孔壁間用灌漿和填砂法處理。

(2)設置振源：用敲板法作振源時，在距孔口1.0～3.0m處放置一長度2.0～3.0m的木板或混凝土板，並與地面貼緊，上壓5kN左右的重物，以防止板的滑移。板的中垂線應通過孔口，用錘沿板縱軸從兩個相反方向水平敲擊板端以產生水平剪切波。當板中心的高程與孔口相差較大時，應量測並記錄下來，以便作修正之用。

(3)設置檢波器：當檢波器在孔內不同深度處接收剪切波時，應將其固定在孔壁。當只需測定地層中的P波時，檢波器就不一定要和孔壁貼緊，但在這種情況下，孔中必須注滿水或泥漿。有時為了整理資料上的方便可將兩只檢波器同時放入孔中。根據它們的間距，用兩個檢波器接收同一激振下初至波傳播的時差來計算波速，提高分析精度。

(4)測點間距的確定：測點間距原則上應使相鄰兩點時間差大於記錄上可讀精度。對於土層，一般以0.5～2.0m為宜。當有較薄夾層時，應適當調整測點間距使得薄夾層中至少布置兩個測點。

3.測試資料的整理

單孔法波速測試時，P波和S波識別方法與跨孔法相同。但當振源激發點距孔口距離較大時，應作修正。其方法是將實測斜距行走時間(t)按式(7-6)換算成垂距行走時間(t′)：

土體原位測試與工程勘察

式中：t′為修正後的垂距行走時間(s)；t為在記錄上讀取的斜距行走時間(s)；h為孔中檢波點距孔口距離(s)；x為孔口距振源激發點的距離(s)。

❻ 剪切波的單孔波速測試的原理

單孔波速測試：由震源產生壓縮波（又稱P波）和剪切波（又稱S波），經過土層，由在孔中的三分量檢波器接收，根據波傳播的距離和走時計算出場地土的波速，進而評價場地土的工程性質。

❼ 剪切波波速測試的相關公式

壓縮波或剪切波從振源到達測點時間的確定，應符合下列規定：
（1）確定壓縮波的時間，應採用豎向感測器記錄的波形；
（2）確定剪切波的時間，應採用水平感測器記錄的波形。
壓縮波或剪切波從振源到達測點的時間，應按下列公式進行斜距校正：

式中 T ——壓縮波或剪切波從振源到達測點經斜距校正後的時間（s）（相應於波從孔口到達測點的時間）；
TL ————壓縮波或剪切波從振源到達測點的實測時間（s）；
K ——斜距校正系數；
H ——測點的深度（m）；
H0 ——振源與孔口的高差（m）,當振源低於孔口時，H0為負值；
L ——從板中心到測試孔的水平距離（m）。
時距曲線圖的繪制，應以深度H為縱坐標，時間T為橫坐標。
波速層的劃分，應結合地質情況，按時距曲線上具有不同斜率的折線段確定。
每一波速層的壓縮波波速或剪切波波速，應按下式計算：

式中 V——波速層的壓縮波波速或剪切波波速（m/s）；
△H——波速層的厚度（m）；
△T——壓縮波或剪切波傳到波速層頂面和底面的時間差（s）。 壓縮波或剪切波從振源到達測點時間的確定，應符合下列規定：
（1）確定壓縮波的時間，應採用水平感測器記錄的波形；
（2）確定剪切波的時間，應採用豎向感測器記錄的波形。
由振源到達每個測點的距離，應按測斜數據進行計算。
每個測試深度的壓縮波波速及剪切波波速，應按下列公式計算：
式中 VP——壓縮波波速（m/s）；
VS——剪切波波速（m/s）；
TP1——壓縮波到達第1個接收孔測點的時間（s）；
TP2——壓縮波到達第2個接收孔測點的時間（s）；
TS1——剪切波到達第1個接收孔測點的時間（s）；
TS2——剪切波到達第2個接收孔測點的時間（s）；
S1——由振源到第1個接收孔測點的距離（m）
S2——由振源到第2個接收孔測點的距離（m）
△S——由振源到兩個接收孔測點距離之差（m）。
《高層建築岩土工程勘察規程JGJ72－2004》條文說明

❽ 剪切波波速測試的剪切波波速測試

波速測試適用於測定各類岩土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速，可根據任務要求，採用單孔法、跨孔法或面波法。利用鐵球水平撞擊木板，使板與地面之間發生運動，產生豐富的剪切波，從而在鑽孔內不同高度處分別接收通過土層向下傳播的剪切波。因為這種豎向傳播的路徑接近於天然地層由基岩豎直向上傳播的情況，因此對地層反應分析較為有用。
波速試驗作用：
1）劃分場地類型
2）計算場地基本周期
3）提供地震反應分析所需的地基土動力參數
4）判別地基土液化可能性
5）評價地基處理效果 測試前的准備工作應符合下列要求：
（1）測試孔應垂直；
（2）當剪切波振源採用錘擊上壓重物的木板時，木板的長向中垂線應對准測試孔中心，孔口與木板的距離宜為1～3m；板上所壓重物宜大於400kg；木板與地面應緊密接觸；
（3）當壓縮波振源採用錘擊金屬板時，金屬板距孔口的距離宜為1～3m.
測試工作應符合下列要求：
（1）測試時，應根據工程情況及地質分層，每隔1～3m布置一個測點，並宜自下而上按預定深度進行測試；
（2）剪切波測試時，感測器應設置在測試孔內預定深度處固定，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；
（3）壓縮波測試時，可錘擊金屬板，當激振能量不足時，可採用落錘或爆炸產生壓縮波。
測試工作結束後，應選擇部分測點作重復觀測，其數量不應少於測點總數的10%。
操作原理單孔法波速測試採用的振源很多，如：爆破、空氣壓縮槍、彈簧式S波激發裝置、火箭筒等等。但在一般的場地剪切波速測試中最常用的是敲擊板激振源。敲擊板激振源：剪切波的測試設備—敲擊板激振源將一塊彈性好的木板（木板長約2米，寬約0.4—0.5米，厚約0.1米）受錘擊的兩頭包上鐵板，放在平整的地面上，上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸，然後敲擊木板兩側，這樣木板就給地面一個水平沖擊力，激起土層的剪切振動。激發的振動主要為SH波。
敲擊板激振源： 剪切波的測試設備—敲擊板激振源在敲擊沖量一定的條件下，激發的SH波振幅隨木板上重物重量的增大而增大，但超過一定值後影響會有所減少；長板效果比短板好；板與地面的接觸條件對激振效果影響較明顯，板底釘有釘齒、地面上潑水或水泥漿以增大木板與地面接觸的緊密程度可改善激振效果。 測試場地宜平坦；測試孔宜設置一個振源和兩個接收孔，並布置在一條直線上。
測試孔的間距在土層中宜取2～5m，在岩層中宜取8～15m；測試時，應根據工程情況及地質分層，每隔1～2m布置一個測點。
鑽孔應垂直，並宜用泥漿護壁或下套管，套管壁與孔壁應緊密接觸。
測試時，振源接收孔內的感測器應設置在同一水平面上。
測試工作可採用下列方法：
（1）當振源採用剪切波錘時，宜採用一次成孔法；
（2）當振源採用標准貫入試驗裝置時，宜採用分段測試法。
當測試深度大於15m時，必須對所有測試孔進行傾斜度及傾斜方位的測試；測點間距不應大於1m.
當採用一次成孔法測試時，測試工作結束後，應選擇部分測點作重復觀測，其數量不應少於測點總數的10%；也可採用振源孔和接收孔互換的方法進行檢測。

❾ 　現場波速測試

現場原位波速測試可為工程抗震設計和研究土的動力特性提供具體參數。這對高層建築日益增多和多地震的我國來講，具有特別重要的意義。波速測試的傳統方法，是先用鑽機開孔，後在孔中作波速測試，可分單孔法和跨孔法。波速靜探為新的波速測試方法，同時又可做靜探測試；本節還介紹地脈動測試。它們都是為工程抗震設計提供必要參數的。

（一）波速靜力觸探測試

波速靜力觸探儀（seismic cone penetrometer）由美國人Ertec Western研製，並由加拿大R.G.Campanella等人改進而成。我國南京建工學院已研製成功，由浙江南光地質儀器廠生產。它是在電測靜力觸探儀的基礎上加上一套測量波速的裝置（見圖7—1），即在靜力觸探頭上方裝一檢波器，在地面放置一條厚鋼（木）板，可用大鐵錘敲擊鋼（木）板，使板與地面產生剪切力，土層振動產生彈性波。大鐵錘和檢波器分別和地面的示波儀相連，可測得彈性波（主要是壓縮波和剪切波）到達檢波器的時間，從而測得波速等參數。

1.試驗設備

（1）靜探壓入裝置；

（2）激振鋼（木）板：板尺寸一般為250cm×30cm×5cm，上壓＞500kg重物；

（3）探頭：單、雙橋靜探探頭及安裝其上方的三分量檢波器；

（4）大鐵錘；

（5）觸（激）發器；

（6）孔口（地表）接收或放大記錄儀器：主要採用多道地震儀，要有增強疊加功能，如SDZ-01地震儀、Es125地震儀或SC20型—SC16型光線示波儀。

可根據地層情況、試驗要求及各單位具體條件，靈活選用壓入設備及試驗儀器。

2.試驗原理

波速靜探和鑽孔波速法一樣，都是利用直達波。做檢層法時，以孔口敲板作為振源，利用孔口及孔中檢波器測出波傳播這段路程的時間，即可求得波速。其計算原理如圖7—2示。因激發板離孔口有一段距離（2—4m），地震波行走的路程是斜距（一般按直達波考慮）而不是垂距。因此，採用垂距（地層厚度）計算波速時，應將斜距讀時校正為垂距讀時，其公式為：

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：t′——垂距讀時；

t——斜距讀時（實測）；

S——激發板到孔口距；

H——垂直距離。

圖7—1單孔波速靜力觸探測試示意圖

設測點D位於層面（圖7—2），波通過層面時會產生折射，為簡化計算，將波傳播的行程ABC折線簡化為直線AC（直達波），則C、D層的剪切波速V_s等於

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中，

、

為剪切波分別到達土層（或某一深度間隔）頂、底面的時間；其它符號見圖7—2所示。

敲擊激振板產生的波也會從探桿中傳播到孔內檢波器中，從而產生干擾。為了減少這種干擾，可採取一些措施來解決，如水平敲擊可使探桿中向下滑行的波能量變得很小；激振板和探桿之間不接觸或隔振；在波在探桿上滑行的起始深度（一般在0.5m以內）內加大孔徑。

圖7—2土層波速計算示意圖

水平敲擊激振板，板與地面間產生相對剪切滑動，這時在土層中激發出剪切波S和壓縮波P，且V_p＞V_s。為了能准確辨認出第一個剪切波到達的時間，從而准確計算V_s，就要求振源能產生優勢的剪切波（水平敲擊）；同時，為正確識別剪切波與壓縮波，要求振源是可重復的，且能反向（圖7—3）。

圖7—3P、S波的識別

在波速測試中，分別測定壓縮波P和剪切波S初始到達檢波器（拾震器）的時間是試驗的中心環節。其方法如下：

首先在各測點的原始波形記錄上識別出P波和S波序列。第一個起跳點即為P波的初至點。然後根據下列特徵識別出第一個S波到達點。

（1）波幅突然增至為P波幅值的2倍以上（圖7—3a）。

（2）周期較P波周期至少增加2倍以上（圖7—3b）。

若在鋼（木）板的兩端分別敲擊，一般壓縮波的初至極性不發生變化，而第一個剪切波到達點的極性則產生180°的改變。因此，極性波的交點即為第一個剪切波的到達點；此交點的橫坐標即為剪切波初至時間t。這種示波儀可和計算機相連，把波形訊號貯存到簡易磁碟上，可隨時取出，將同一深度的兩個極性波重疊顯示在示波儀熒光屏上，則極性曲線的第一個交點便很容易在熒光屏上識別出來，從而可精確測定時間t（圖7—4）。

在波速靜探測試中，應變幅較小（10^-5—10^-7），不及強震時的應變值（10^-3—10^-4）。因土的模量值隨應變增加而呈非線性降低（圖7—5），故此法測得的動剪切模量（G_d）是最大值，應用時應注意。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：ρ——土層密度（g/cm³）;

G_d——土的動剪切模量（kPa）;

V_s——S波波速（m/s）。

圖7—4示波儀上顯示的極化S波訊號圖

還可根據G_d計算出土的動彈性模量E_d。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中，μ_d為土的動泊松比；其它符號意義同前。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

二式中：V_p——地層的壓縮波速度（m/s）;

V_s——地層的剪切波速度（m/s）；

ρ——地層的密度（t/m³）;

G_d、E_d——分別為地層的動剪、動彈性模量（kPa）。

圖7—5動剪切模量Gd和剪應變γ的關系

綜上所述，可將配有觸探車和計算機的波速靜力觸探試驗步驟歸納如下。

（1）把條形厚鋼（木）板置於離孔位2.5m左右遠的地面上，清除鋼板下方的石子等物，並將觸探車壓在鋼板上（可將鋼（木）板用液壓裝置安放在車底座後下方，以便自由升降和固定），以使鋼（木）板緊貼地面。

（2）將聯接波速靜力觸探頭的電纜和大鐵錘的導線與示波儀相連；注意觸探桿和車身不得接觸，以免波通過觸探桿先期到達檢波器。

（3）將觸探頭壓入，同時測記錐頭阻力、側壁摩阻力和孔隙水壓力。

（4）到預定深度後停止壓入，調整示波儀旋紐到測試狀態。

（5）用大錘敲擊鋼（木）板一端激振，並將波形訊號貯存在與示波儀相連的計算機簡易磁碟上；然後，用大錘敲擊鋼（木）板另一端，同樣把波形訊號貯存在磁碟上。

（6）為取得最佳效果或求得平均時間值，可放大訊號或重復步驟（4）和（5）。

（7）如繼續進行試驗，可重復步驟（3）—（6）。

波速靜力觸探試驗的優點有：

（1）同時做靜力觸探試驗和波速試驗，互不幹擾，效率高，應用面廣。

（2）做波速試驗時，比通常的跨孔波速試驗可節省一個探孔，大大節省測試時間和費用。

（3）檢波器緊貼孔壁，位置固定，測試精度高。

實踐證明，波速靜力觸探法的有效測試深度已達40m，最淺不得小於0.5m，最佳測試深度范圍為3—30m。其測試成果見圖7—6。

圖7—6波速靜探成果曲線（據袁燦勤等，1990）

波速靜力觸探所測剪切波速資料是非常有用的，是地基抗震設計不可缺少的。在土的物性中，對地震反應起決定作用的是剪切波速。地面運動的卓越周期和加速度（速度、位移）幅值均與覆蓋土層的剪切波速有關，如（7—6）式。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：T₀——地震波的卓越周期（s）；卓越周期指地震波組成中出現次數最多的周期。

H——上覆土層的厚度（m）；其餘符號意義同前。

用

波長法則可計算地基固有周期，見（7—7）式，與地脈動測試（見後）的卓越周期T₀相當。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：H_i——第i層厚度；

V_si——第i層S波速；

一般應計算到V_s＞500m/s的地層。T₀單位為秒。

（二）波速測試綜述

1.直達波測試

在進行工程勘察時，淺層地震勘探具有明顯的優點，其精度和解析度較高。波速測試就是淺層地震勘探的一種。由震源出發，直接到達各接收點的波稱直達波。它反映了淺層介質的彈性特點，廣泛用於了解地基岩土的彈性模量、泊松比等動力參數；也可根據動靜參數對比，進一步求出靜力參數。

與縱波相比，橫波的特點是波速低。在用敲擊大板作為振源的條件下，橫波還具有振幅大、衰減慢、頻率低的特點；如果進行正、反向敲擊時，直達橫波還具有反相位特點（圖7—4）。但是，對於反射橫波來說，因受反射面條件的影響，正、反向敲擊的相位關系則比較復雜，並不總是反相位。對橫波勘探資料解釋，首先要對橫波的時間剖面進行解釋，並計算出各層波速，然後利用波速計算出彈性參數。

依不同的現場條件和設備條件，以及欲測動力參數，可選擇不同的方法進行直達波（波速）測試。在同一個試驗深度上，應重復試驗，以保證測試質量。

（1）單孔法：利用單一鑽孔，孔內激發地面接收或地面激發孔內接受直達波，測得地表至測點間地層的平均波速。

單孔法多用地面激發，激發裝置應盡量靠近孔口，以減少測量誤差。由於波會隨深度衰減，因而單孔法的測試深度有限，一般不超過80m。波速靜力觸探測試中的波速測試，就屬於單孔法。它自行鑽孔，檢波器緊貼孔壁，測試精度高，費用低，速度快，適宜用在層次少或土層軟硬變化大的場地。

單孔法也常先用鑽探一次成孔，然後下入塑料套管；在套管壁與孔壁之間的孔隙中填入砂子，並加以密實；然後將電纜、檢波器及空氣囊一起放入套管；達到預定測試深度後，立即對氣囊充氣，以便將檢波器固定貼緊在套管壁上。然後在地表用大錘敲擊壓有重物的厚木板，用地震儀（或動測儀）接受，和波速靜力觸探測試波速方法類似。從孔底向上，按預定測試深度依次作完。如果在不會塌孔的硬粘性土等地層中測試，也可不下套管，用泥漿護壁進行測試，測試精度比下套管要好。由於單孔法多在地面激振，波會隨深度增加而衰減，使接受訊號變弱。因此，單孔法測試深度有限，淺層效果好，最深不超過80m。測試深度與激振能量有關。

（2）跨孔法：在相距4—5m的兩個平行鑽孔的相同深度上，在一孔中激發，在一孔中接收直達波。從波形圖上讀到從激發訊號至橫波初至信號之間的時間差，除以兩鑽孔的中心距，即可求得該地層的橫波波速。宜布置兩個檢波孔，以便校核平均。

跨孔法測試深度較大，且須試前鑽2—3孔，測試成本較單孔法高。在求分層波速上，精度高於單孔法。

2.地脈動測量

隨著我國高層建築物的日益增多和抗震法規的執行，一般都要求進行地脈動測量，以提供建築物抗震設計參數。

在非人為因素的自然條件下，地表每時每刻都以微小的振幅不停地振動著，振幅一般僅有數微米，振動周期一般為0.05s至數秒。地脈測量選擇沒有干擾的時候（一般為深夜或凌晨）進行，連續觀測5min以上，用放大1000倍以上的專用地震儀觀測。原始記錄及其處理後的曲線見圖7—7。在此圖的微震記錄中，以零線作為時間軸，可得波形與零線交點，取相鄰兩交點時差△t的兩倍，就是波的周期T。一般取2min的連續記錄進行統計，數出各種周期出現的次數（即頻度），於是可得圖7—7c的周期頻度曲線，曲線上頻度最高的周期，即為卓越周期，以To表示。圖7—7b是地基微動頻譜曲線，振幅最高的為卓越振幅。地基土的卓越周期是反映地基土抗震條件的最主要參數，須避免建築物自振周期和場地卓越周期相同。

圖7—7確定卓越周期圖

（三）波速資料的應用

1.劃分建築場地抗震類別

我國工業與民用建築抗震設計規范（TJ₁₁-78修訂本及GBJ₁₁-89）中將場地按覆蓋層厚度H和平均剪切波速

分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類，如表7—1所示。

表7—1建築場地的抗震分類

註：f_k為地基承載力標准值。

按表7—1的場地條件分類，既抓住了影響地面運動特性的兩個主要因素，又考慮了過去的經驗，比較簡便合理。

表7—1中的場地土類別分兩種情況，當為單一土層時，土的類別即為場地區類別；當為多層土時，場地土類別，應根據地面下15m，且不深於覆蓋層厚度范圍內各土層的類別和厚度綜合判定。按厚度加權平均的方法求土層平均剪切波速

，按（7—8）式計算，再按表7—1劃分抗震類別。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

場地覆蓋層厚度應按地面至V_S＞500m/s的土層或堅硬頂面的距離確定。該頂面以下各土層V_S均大於500m/s或皆為堅硬土，薄的夾層或孤石應包括在覆蓋層之內。

建築場地抗震分類是利用設計反應譜（見抗震規范）計算地震荷載的必要條件。

2.求土的工程性質指標

許多單位和個人把彈性波速同土的工程性質指標建立起相關經驗式。現摘錄一些V_s與其它指標之間的關系式。如日本Tovouchik經驗式為：

土體原位測試機理、方法及其工程應用

上四式中：K₀——基床系數（100kPa）;

q_u——無側限抗壓強度（100kPa）;

P₁——屈服壓力（100kPa）；

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：N——標貫擊數；

V_s——剪切波速（m/s）。

國內有的單位還將V_s與e、C、I_L、Φ、γ等建立了關系式。應用上述經驗式時，須結合當地土質情況進行驗證。

3.判別砂土或粉土的地震液化

剪切波速越大，土越密實，土層越不易液化。據此，國內、外都在應用V_s來評價砂土或粉土的地震液化問題。

（1）天津TBT1-88規范：

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：V_scri——臨界波速（m/s）;

K_v——地震系數，烈度為7度時，取42;8度時，取60;

d_s——飽和砂土或粉土所處深度（m）。

如實測的V_si＞V_scri不液化

V_si＜V_scri液化。

（2）國家地震局工程力學所判別式：

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：K_v——地震系數，烈度為7、8、9時，分別取145、160、175;

d_w——地下水埋深（m）；

其它符號意義同前。

當V_si＞V_scri時，土層不會液化；反之，會液化。

（3）美國西特公式：

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中：Z——飽和粉土或砂土埋深（m）；

γ_d——土的非剛性修正系數，地表為1,12m深處為0.85；

其它符號意義及判別方法同前。

（4）根據國內、外研究，對於大多數粉土和砂土，產生液化的臨界應變數γ_cr=2×10^-4，可進行室內測試。現場波速試驗的剪應變數很小，一般為10^-6級。

4.根據（7—14）—（7—18）式可計算土層的動剪切模量G_d、動彈性模量E_d和動泊松比μ_d。

土體原位測試機理、方法及其工程應用

式中，V_s、V_p、V_R分別為剪切波速、壓縮波速和瑞利波速；

其它符號意義同前。

動泊松比可通過V_p或V_s值換算，也可按經驗值取用。

❿ 剪切波波速測試的規范重點摘錄

岩土名稱 岩土性質或基本承載力
（kPa） 剪切波速值
VS （m/s） 填土 100～200 淤泥、淤泥質土或軟土 <100 90～140 黏土、粉質黏土 100≤≤400 120～400 粉質黏土、粉土 100≤≤400 100～380 黃土、黃土質土 130～300 粉砂、細砂 稍松 100～130 中等密實 130～200 中砂、粗砂 稍松 110～160 中等密實 160～250 粗砂、礫砂 200～350 粗、細圓礫土，粗、細角礫土，卵石土，碎石土 鬆散 200～300 中等密實 300～400 密實 >400 岩石 弱風化 500～1000 未風化、微風化 >1000 註：1、本表系10米以內的值，深度大於10米時，應適當加大
2、根據土層深度、標貫擊數、平均粒徑、空隙比、液性指數等綜合分析選擇表中所列的剪切波速值。
3、黏土、粉質黏土、粉土可按內插取值
來源：
《鐵路工程抗震設計規范》（GB50111-2006） 岩土層的剪切波速 土
分
類 人 工填 土 一般粘性土 淤泥質土 粉土 粉細砂 粗礫砂 砂礫卵石 老粘性土 強風化岩 Vs范圍值（m/s） 90
～
180 130
～
240 100
～
180 140
～
250 170
～
340 280
～
440 350
～
450 210
～
400 340
～
880 Vs平均值（m/s） 140 170 130 180 240 350 390 310 560 粘性土的剪切波速 土類 一般粘性土 老粘性土 N 3 5 7 9 11 13 18 23 26 29 32 Vs（m/s） 160 180 200 220 230 240 280 300 320 340 360 粉細砂的剪切波速 N 10 150 20 25 30 35 40 Vs（m/s） 200 230 250 260 270 280 290 以上兩表內N為標貫錘擊數平均值
淤泥質土、粘性土的剪切波速 土類 淤泥質土，一般性粘性土 老粘性土 Ps（MPa） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 Vs（m/s） 130 170 210 230 24 250 270 300 330 上表Vs數據乘以1.1的系數為粉土的剪切波數值 Ps（MPa） 4 5 6 7 8 9 10 12 Vs（m/s） 170 190 210 230 250 270 290 310 以上兩表內Ps為比貫入阻力的平均值
來源：《湖北省地方標准 DB42 /169-2003 岩土工程勘察工作規程》 應符合下列要求：1 一般情況下，應按地面至剪切波速大於500m/s，且其下卧各岩土的剪切波速均不小於500m/s的土層頂面的距離確定。2 當地面5m以下存在剪切波速大於相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層，且該層和其下卧岩土的剪切波速均不小於400m/s時，可按地面至該土層頂面的距離確定。3 剪切波速大於500m/s的孤石、透鏡體，應視同周圍土層。4 土層中的火山岩硬夾層，應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層中扣除。
來源：
《建築抗震設計規范》(GB50011--2010)