五、剪切波速试验

1.试验的目的及意义

（1）划分场地类型

（2）计算场地基本周期

（3）提供地震反应分析所需的地基土动力参数

（4）判别地基土液化可能性

（5）评价地基处理效果

2.试验的适用范围

波速测试适用于测定各类岩土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速，可根据任务要求，采用单孔法、跨孔法或面波法。利用铁球水平撞击木板,使板与地面之间发生运动，产生丰富的剪切波，从而在钻孔内不同高度处分别接收通过土层向下传播的剪切波。因为这种竖向传播的路径接近于天然地层由基岩竖直向上传播的情况，因此对地层反应分析较为有用.

3.试验的基本原理

弹性波速法以弹性理论为依据，通过对岩土体中弹性波（速度、振幅、频率等）的测量，提出岩土体的动力参数并评价岩土体的工程性质.

一般而言，介质的质量密度越高、结构越均匀、弹性模量越大，则弹性波在该介质中的传播速度也越高，同时我们又知道该介质的力学特性也越好。故弹性波的传播速度在通常的情况下能反映材料的力学和工程性质.

根据弹性理论，当介质受到动荷载的作用时将引起介质的动应变,并以纵波、横波和面波等形式从振源向外传播。当动应力不超过介质的弹性界限时所产生的波称为弹性波.岩土体在一定条件下可视为弹性体，依据牛顿定律可导出弹性波在无限均质体中的运动方程。相应的波速为：

引入拉梅常数λ、M，

上式简化为

4.试验仪器及制样工具

（1）震源

剪切波震源，要求具有偏振性，能产生优势SH波，并具有可反复性、重复性好和产生足够能量的震源。目前，我国常用的有击板法，其他如弹簧激振法和定向爆破法少见，只有在要求测地层很深时才用。

（2）三分量检波器

三分量检波器,如图所示,由三个相互垂直的检波器组成。检波器自振频率一般为10Hz贺8Hz,频率响应可达几百赫兹。三个检波器相互垂直，同时安装在同一个钢桶内，固定密封好，严防漏水，从中引出导线接至内装钢丝的多芯屏蔽电缆。这样孔内三分量检波器的垂直向检波器可接收由地表振源传来的P波，两个水平向检波器可以接收地表传来的SH波。

（3）信号采集分析仪

可采用地震仪或者其它多通道信号采集分析仪.这些仪器只要都具有信号放大、滤波、采集记录、数据处理等功能，信号放大倍数大于2000倍，噪声低，相位一致性好，时间辨精度在一微秒一下，具有四个通道以上，并且具有剪切波速数据处理分析软件，都可以满足测试要求。

5.试验步骤

现场单孔波速测试如图所示,试验套骤如下：

（1)平整场地，使激振板离孔口的水平距离约1m，上压重物约500kg或用汽车两前轮压在木板上，木板规格为：长约2〜3m，宽0。3m,厚0。05m.记时触发检波器宜埋于板中心位置或在手锤上装置脉冲触发传感器;

（2)接通电源，在地面检查测试仪正常后，即可进行试；’

(3）把三分量检波器放入孔内预定测试点的深度,然后在地面拉开三分量检波仪三角弹簧支架，使其固定于该深度，并且紧贴土体表面.

（4）用木锤或铁锤水平敲击激振板一端,地表产生剪切波经地层传播,由孔内的三分量检波器的水平检波器接收SH波信号，该信号经电缆送入地震仪放大记录.试验要求地震仪获得三次清晰的记录波形,然后反向敲击木板，以同样获得三次清晰波形时止，SH波测试点试验完成.接着用重锤敲击放在地表的钢板，由孔内三分量的垂直检波器记录到达的P波,同样要求获得三次清晰的P波波形，存盘无误后，该钻孔深度的测点测试结束。

6.试验数据

H深度（m)	T到时 (ms）	V波速（m/s)	平均波速 (m/s）	电缆剪
10	47	212。766	211。71
9.5	45	211。1111	209.9512
9	43	209.3023	208。0222
8.5	41	207。3171	205.8971
8	40	200	198.4556
7。5	37	202.7027	200.9246
7	35	200	197.9899
6。5	33	196.9697	194。6793
6	31	193.5484	190。915
5.5	29	189。6552	186。596
5	27	185。1852	181.589
4.5	25	180	175.7137
4	23	173。913	168。7204
3。5	21	166.6667	160。254
3	19	157。8947	149.7921
2。5	16	156.25	145。0745
2	13	153.8462	137.6042
1。5	11	136.3636	113。4614
1	8。3	120。4819	85。19359
0。5	6.6	75。75758	33.87982
0	5。9	0	0

7.试验数据处理

压缩波或剪切波从振源到达测点时间的确定,应符合下列规定：

(1）确定压缩波的时间,应采用竖向传感器记录的波形;

(2）确定剪切波的时间，应采用水平传感器记录的波形。

压缩波或剪切波从振源到达测点的时间,应按下列公式进行斜距校正：

式中 T ——压缩波或剪切波从振源到达测点经斜距校正后的时间（s）;

TL—-压缩波或剪切波从振源到达测点的实测时间（s）；

K ——斜距校正系数；

H -—测点的深度(m）；

——振源与孔口的高差（m）,当振源低于孔口时，为负值;

L -—从板中心到测试孔的水平距离（m）。

H—T曲线图的绘制,应以深度H为纵坐标,时间T为横坐标。

波速层的划分，应结合地质情况，按时距曲线上具有不同斜率的折线段确定。

每一波速层的压缩波波速或剪切波波速，应按下式计算：

式中 V——波速层的压缩波波速或剪切波波速(m/s）；

△H—-波速层的厚度（m）;

△T——压缩波或剪切波传到波速层顶面和底面的时间差(s）。

8.试验成果分析及工程应用

剪切波速土的类型划分和剪切波速范围

土的类型	岩土名称和性状	土层剪切波速范围(m/s）
岩石	坚硬或较坚硬的稳定岩石	Vs>800
坚硬土或软质岩石	破碎或较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实的碎石土	800≥Vs>500
中硬土	中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，>150的粘性土和粉土，坚硬黄土	500≥Vs>250
中软土	稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，≤150的粘性土和粉土，〉130的填土，可塑黄土	250≥Vs〉150
软弱土	淤泥和淤泥质土,松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，≤130的填土,流塑黄土	Vs≤150

注：为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值(kPa）；vs为岩土剪切波速[3]

不同岩土的剪切波速值

岩土名称	岩土性质或基本承载力（kPa）	剪切波速值VS （m/s)
填土		100~200
淤泥、淤泥质土或软土	〈100	90～140
黏土、粉质黏土	100≤≤400	120~400
粉质黏土、粉土	100≤≤400	100～380
黄土、黄土质土		130～300
粉砂、细砂	稍松	100～130
粉砂、细砂	中等密实	130～200
中砂、粗砂	稍松	110～160
中砂、粗砂	中等密实	160~250
粗砂、砾砂		200～350
粗、细圆砾土,粗、细角砾土，卵石土，碎石土	松散	200～300
	中等密实	300～400
	密实	>400
岩石	弱风化	500～1000
岩石	未风化、微风化	〉1000