岩土工程勘察中波速检测技术的应用

摘要：剪切波速与土的物理力学性质、土体埋深均存在密切联系，通过对剪切波速的快速、精确测定可为岩土工程勘察提供重要的依据。本文首先分析了剪切波速这一概念，明确了波速测试技术在岩土工程勘察中的应用可行性；然后通过工程案例分析，明确了岩土工程勘察中波速测试技术的应用情况，以期为类似工程提供有价值的参考。

关键词：岩土工程勘察；波速测试技术；检测

引言

我国的地形相对比较复杂多样，建筑施工难度系数较大，要想保障建筑施工工作顺利开展，在进行建筑施工之前就必须要进行岩土工程勘察工作。岩土工程勘察工作在建筑施工工程中占据着非常重要的地位，岩土工程勘察工作质量的高低直接决定着整个建筑工程施工的可行性。波速的测定，在岩土工程中有着广泛的应用，无论是场地类别的划分、抗震设防区划和抗震建筑的地基设计，还是高层建筑和重大工程设施的场地动力反应分析，都需要土层波速的数据。另外，场地液化的判别和求岩土的其它动力参数，都可利用场地的剪切波速值。波速检测技术不仅成本低、速度快，而且还在很大程度上克服了室内工作取原状土难的问题。因此，近几年来，岩土工程勘察中波速检测技术取得了较大的发展。 1剪切波速概述

1.1波速检测技术介绍

剪切波属于是弹性波，在不同介质中的传播速度存在差异，由此通过波在岩土体的传播速度研究不同土类性质具有可行性。剪切波速测试基本原理为利用弹性波在介质中传播速度与介质的动剪切模量、动泊松比、动弹性模量等的关系，测定剪切波的传播速度，求出动弹性参数随着我国的经济发展，大量的基础设施建设中剪切波速测试均发挥了重要作用，如：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）要求，建筑场地划分需结合场地剪切波速、覆盖层厚度得出；《工程地质手册（第四版）》中列举了剪切波速在工程中的其它运用，包括判断沙土液化、计算场地的卓越周期、抗震设计以及地震危险性分析等。由此可得，工程实践中剪切波速是重要的岩土体参数，也是岩土工程勘察中必须提供的动力学参数。 1.2工作原理

在建筑工程施工时，其中比较重要的一项工作就是地质勘察，通过采用科学合理的勘察措施可以使工程设计中使用到的所有岩土层参数变得非常可靠。如果在实际作业的过程中，采用的勘测流程不合理，就会导致测量结果出现一定的误差，从而致使设计方案过于保守，使工程的投入成本提升，甚至会出现严重的质量问题。因此，对于工程建设来说，地质勘测是非常重要的，需对施工现场的结构和环境进行全面的勘察。

在进行地质勘察时，需要重点考虑采用什么样的方法才能确保得到的资料能满足基础设计的需要。一旦地质勘察过程中使用的勘察方法不合理就会使勘察的数据失去意义。

实际测量过程会先从地面激发产生弹性波，然后利用检波器对弹性波进行接收。地面震源使用叩板的时候，可进行正反向的激发，从而产生 S 波，S 波初始时间可根据 S 波和剪切波相位差 180°的特性进行识别，孔口中垂向激发产生P波，

见图 1。

图1 单孔检层法

剪切波S和压缩波P的特点如下：（1）S 波比 P 波的传播速度慢；（2）在激振板两端作水平激发时，P 波相位不会出现改变，S 波相位则会出现反向改变；（3）距离井口一定的距离以后，P 波的频率会不断提高，振幅逐渐变小，S 波的频率会逐渐降低，振幅逐渐变大；（4）孔口到震源板的间距要小于最小测试深度，从而有效抑制浅部高速地层界面出现的折射波。 2岩土工程勘察中常见的几种波速测试技术 2.1钻孔法 2.1.1单孔法

单孔法波速测试方法为地面激振、孔中接收。测试剪切波速时，激发器产生 SH、SV 波，接收器主要采用三分量检波器，为保证接收效果，需借助气囊等装置令其紧贴孔壁。

单孔法操作简单、精度较高，同时测试费用较低，因此实际工程测试中主要以单孔法最为常用。 2.1.2跨孔法

跨孔波速测试方法，需将 3 个孔排成直线，1 个孔内放入振源激发器不同深度激发振动产生剪切波速），其余 2 孔负责接收（同一深度传来的）剪切波，根据波传播距离、时间计算剪切波速。

跨孔法适用于场地内钻孔多、地面平坦、土层分布较均匀的场地，测试深度大，可测定测定地层中的软弱夹层的剪切波速值，但是此方法操作相对复杂，对场地条件要求高，测试费用偏高。 2.2表面波测试法

表面波的测试对象是瑞雷波（R波），因此也称为是瑞雷波测试技术，其是在无需钻孔的情况下测试层状介质的弹性波速，具有无损、快速的特点，无论在初步勘察阶段用于宏观划分力学性质差异明显的地层、构造，或在详细勘察阶段详细描述基岩埋深、填土厚度等的变化趋势的工作中均具有显著优势。

根据振动激发方式的不同，瑞雷波测试技术主要分为瞬态振动法、稳态振动法两种，前者以锤击、爆炸等方式产生一定频率范围的瑞雷波，后者则是激振器发射固定频率的瑞雷波，多道瞬态瑞雷波技术是目前瑞雷波勘探技术发展的趋势，并被广泛应用于岩土工程及其它应用领域中。 3波速测试技术在岩土工程勘察中的应用 3.1工程概况

某工程建设项目所在地区工程的地质情况主要包括杂填土（素填土）、淤泥质土、粉质黏土、粉质砂土、粉细砂、卵石、泥质粉砂岩。抗震设防烈度为 6 度，为了保证工程的施工质量，需对场地岩土情况进行勘察。本工程设计采用波速测试技术进行辅助勘察。 3.2测试仪器设备

采用武汉岩海工程技术开发公司研制的RS-1616K型动测仪及日本OYO公司生产的井中三分量检波器。 3.3现场测试

地面激发点至井口偏移距ZK1孔为1.49m，测试时把检波器放入孔底，然后把检波器由下而上往上拉，并每隔1.0m对岩土层进行测试及记录。 3.4测试成果

波形记录：该孔正向敲板时测试到的Sh波初至上跳的波形记录与该孔反向敲板时测试到的Sh波初至下跳的波形记录初至十分吻合。

计算地层的Sh波速度：根据该孔的钻探资料，0-4.90m为素填土，4.90-17.30m为粉质粘土，17.30-23.70m为流纹质凝灰岩，经软件计算可得到：素填土Vs=140 m/s；粉质粘土Vs=230 m/s；流纹质凝灰岩Vs=670 m/s。 再计算等效剪切波速度，公式如下：

式中：Vse——土层等效剪切波速（m/s）；d 0 ——计算深度（m），取覆盖层厚度和20m二者的较小值；t——剪切波在地面到计算深度之间的传播时间；di——计算范围内第i土层的厚度（m）；Vsi——计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s）；n——计算深度范围内土层的分层数。 由计算可得到实测的剪切波速度Vse=194.57 m/s。

划分土的类型和建筑场地类类别：根据ZK1孔实测的剪切波速度Vse=194.57 m/s，因此，该场地的类型为中软土类型，建筑场地为Ⅱ类场地。

估算场地土的卓越周期：根据ZK1孔实测的剪切波速度估算的场地微震的卓越周期为0.298s。 4结束语

综上所述，随着建筑行业的不断发展，建筑施工单位在建筑行业中的竞争也愈演愈烈，要想在其中占据一席之地，建筑商们就必须不断努力去提高建筑施工质量。而提高施建筑工质量的前提在于保障建筑工程工作的顺利开展，这也就需要在正式施工之前做好岩土工程的勘察工作，以确保建筑工程施工的可行性，这也就引进了岩土工程勘察中对于基础地质技术的应用。剪切波速是岩土工程勘察的重要指标，运用便捷有效的方法准确测定岩土体的剪切波波速是工程建设的必然要求。目前，我国波速测试技术主要有单孔法、跨孔法、表面波法三种，各有优缺点，应根据工程实际场地条件、勘察需求进行合理选择，确保勘察结果准确，为后续施工作业的顺利实施奠定坚实的基础。 参考文献：

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