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1、岩土工程原位测试,波 速 测 试,岩土体弹性波速的意义,弹性波波速参数在岩土工程中的应用测试目的 岩体完整性评价 工程岩体完整性指数 场地土层类型划分 剪切波速 VS（140/250/500）m/s （软/较软/较硬/硬） 场地类别划分 等效剪切波速 VSe （140/250/500）m/s 场地特征周期 Tg 估算 Tg = 4H / VSe, 式中，H 场地有效土层厚度 混凝土构件（梁、柱、桩等）质量评价，岩土体密实度评价,岩土体弹性波速的意义,弹性波波速与介质物理参数的关系 纵波波速 VP 横波波速 VS,三维介质,一维介质,式中， 拉梅常数； 介质密度； 剪切模量；E 杨氏模量,当 =
2、 0 时，VS = 0。 液体中不能传播横波,岩土体弹性波速的意义,弹性波波速与介质物理参数的关系,将以上表达式代入弹性波速公式得：, 泊松比,岩土体弹性波速的意义,弹性波波速与介质物理性质 液体中无横波传播 水中的纵波速度：VP = 13001500 m/s 土体骨架纵波速度： VP = 300 m/s 左右 土体纵波波速受水体影响大，故主要测横波 岩石纵波速度： VP 3500 m/s,岩土体波速测试的方法,基本原理 速度=距离/时间 根据实际条件恰当布置观测系统（弹性波动激发观测点的组合），确定波动从激发点到观测点的路径长度（距离），在测试记录波形上获取纵波和横波的传播时间（走时）。,岩
3、土体波速测试的方法,技术难点 震相识别 纵波传播速度最快，一般为初至波（检波器耦合良好、无噪声干扰条件下，在波速观测系统中，纵波到达之前观测点处的介质应该处于静止状态），所以在地震记录波形中纵波波形清晰可辨。而横波传播速度小于纵波速度，所以为续至波，在地震记录波形中横波初至波形一般叠加在纵波的延续波形中，初至时间难以确定。 需要根据具体观测条件采取相应的技术措施获取横波走时。,不同质点振动方式、经不同的路径传播到达观测点的波动（在地震记录波形图中的表现）。,岩土体波速测试的方法,岩土体波速测试的方法,仪器设备,XG-I悬挂式波速测井仪,岩土体波速测试的方法,仪器设备,北京奥林匹克公园主山钻孔波
4、速测试波形图,单孔悬挂测试波形,岩土体波速测试的方法,仪器设备,贴壁测试波形及解释结果,岩土体波速测试的方法,仪器设备,TB-I贴壁式波速测井仪,现场测试工作示意,测试计算原理,岩土体波速测试的方法,测试方法概览 岩土样品测试 穿透法 建筑构件测试 穿透法、跨孔法、面波法 岩体波速测试 穿透法、跨孔法、面波法 场地土层波速测试 单孔法、跨孔法、面波法,measuring the travel time of P- and S-waves, the distance from the source to the receivers, along the wall of a single bore
5、hole. Determining the elastic wave velocity distribution in the borehole direction.,Also called the “cross-hole” method. Requires two or more boreholes. generating seismic waves in one hole and detecting their arrival in adjacent holes. Velocity distribution in the rock mass is measured between bore
6、holes according to the travel times of P- and S-waves and distance from source to receiver.,面波法,稳态面波法 测定面波的相速度VR,VR = x / t,面波法,瞬态面波法 瞬态面波由多种频率成份叠加而成 将各测点上的瞬态面波分解为一系列的单频面波 按稳态法求相速度,面波法,有关面波的几个基本概念 相速度（phase velocity） 群速度（group velocity） 频 散（dispersion） 频散曲线（curve of dispersion） 频散特征（feature of dispe
7、rsion),单一频率成分的波动传播所对应的波速，称为相速度,各种频率成分的波动相干叠加后的宏观波动传播速度，称为群速度,频散是指波传播速度随波动频率变化的现象,频散曲线是描述相速度与波动频率（波长、波数）之间关系的曲线,频散特征是指相速度与波动频率之间关系的其变化,面波法,面波的关键特征 能量 集中在界面附近，影响一定深度 穿透深度 高频浅、低频深 波前/等相位面 柱面（轴对称）,瑞雷波探测的原理,均匀各向同性层状介质频散曲线,瑞雷波探测的原理,均匀各向同性层状介质频散曲线,d2=2m,d2=5m,d2=7m,VR / ms-1,f / Hz,瑞雷波探测的原理,均匀各向同性层状介质频散曲线,
8、瑞雷波探测的原理,实测瑞雷波频散曲线的解释 速度深度剖面法 频散曲线拟合法,根据速度深度曲线定性解释所得到的岩土体分层大致情况建立岩土体初始分析模型；然后根据波动理论计算岩土体初始分析模型的频散曲线并与实测频散曲线相比较，不断调整修改岩土体分析模型的参数使理论频散曲线不断靠近实测频散曲线；在理论曲线与实测频散曲线之间的误差满足一定精度要求的条件下即可将最后修定的岩土体分析模型作为面波探测的岩土体解释结果。,-,面波法,应用实例 漳州后石电厂地基强夯效果的检测,瑞雷波探测的工程实例 漳州后石电厂地基强夯效果的检测,工程概况及地基强夯处理效果检测要求 填海造陆、规模大（36万m2），原海底地形复杂
9、、起伏显著 技术指标 加固深度：H 8m,瑞雷波探测的工程实例 漳州后石电厂地基强夯效果的检测,观测系统和仪器设备 测线布置：控制点密度的要求为每1000m2布设3个测点 仪器设备：SWG多波地震探测仪，配套的检波器为西安石油仪器厂生产的SSJ-4.5、SQJ8-100型检波器，前者的固有频率为4.5Hz，后者为100Hz。,-,瑞雷波探测的工程实例 漳州后石电厂地基强夯效果的检测,有效探测深度和工作频段的控制 按 f = VR / R， VR =200 ms-1 考虑 穿透深度H = 10m 工作频段低频应达到15Hz左右 分辨上限定为1m 工作频段高频应在150Hz左右,瑞雷波探测的工程实
10、例 漳州后石电厂地基强夯效果的检测,检测结果及强夯处理效果评价 波速深度（VRH）剖面 瑞雷波速度的横向分布 地基承载力 f0、变形模量 E0 的分布 强夯处理效果,瑞雷波探测的工程实例 陕甘宁天然气进京管线过京石高速公路顶管工程注浆效果检测,工程概况和检测目的 位置：丰台区五里店附近横穿京石高速公路 工艺：采用单节长3m、内径约1.5m、壁厚约16cm的预制钢筋混凝土管利用顶管工艺在路基中穿过，混凝土管顶壁到路面的距离约为7m，穿越长度约为50m 检测要求：了解顶管施工及注浆后路基的密实程度，以便对公路路基的状态做出判断。宜采用不中断交通的无损检测方法,面波法,应用实例 顶管施工对高速公路路
11、基影响的检测,Location of the road section where the gas pipeline is acrossing (in red circle),瑞雷波探测的工程实例 陕甘宁天然气进京管线过京石高速公路顶管工程注浆效果检测,仪器设备和观测系统布设 仪器设备：采SWG多波地震探测仪配SQJ8-100型（100Hz）检波器，用小手锤在混凝土管内顶壁上敲击以激发频率较高的瑞雷波 测线布设：在混凝土管内顶部布置测线，用石膏作为粘接剂将检波器固定在管内顶壁上。测线上一次排列12个测点（12道检波器），测点间隔0.5m，一次排列可覆盖5.5m。不同次排列首尾相接，即上一次排列
12、的最后一个测点与下一次排列的第一个测点重合，从而保证所采集的面波数据能够对管顶路基进行连续的探测。测线覆盖范围x =049.5m,Fig. 3 Sketch map for observing system of Rayleigh waves inside the concrete culvert,瑞雷波探测的工程实例 陕甘宁天然气进京管线过京石高速公路顶管工程注浆效果检测,瑞雷波探测的工程实例 陕甘宁天然气进京管线过京石高速公路顶管工程注浆效果检测,检测记录分析及注浆效果评价 记录波形 VRH剖面 速度分布剖面图 注浆效果评价,_,_,面波法,应用实例 故宫汉白玉栏板风化程度的检测,瑞雷波探
13、测的工程实例 故宫汉白玉栏板风化程度的检测,瑞雷波探测的工程实例 故宫汉白玉栏板风化程度的检测,仪器设备和观测系统布设 仪器设备：DB16型工程多波参数分析仪 ，用脉冲荷载在栏板上表面激发瑞雷波 ，用8个压电陶瓷换能器分别在8个测点上拾取超声波动 测线布设：测点间距X=5cm，仪器以t = 2s的时间间隔将波动信息转换为数字记录,瑞雷波探测的工程实例 故宫汉白玉栏板风化程度的检测,检测资料分析及武英殿前西侧第一块汉白玉栏板风化现状 记录波形 VRH剖面 速度分布剖面图,面波法,应用实例 地下空洞的瑞雷波探测,瑞雷波探测的工程实例,二次测线1北侧测线瑞雷波速度分布剖面图,一次测线2瑞雷波速度分布剖面图,测线3瑞雷波速度分布剖面图,测线4瑞雷波速度分布剖面图,原位测试方法学习要点,测试目的 测试的目标、方法的适用范围 测试参数 描述工程体特性的直接或间接的参数 测试原理和方法 方法原理、仪器设备、关键技术 数据整理和分析 数据处理方法、数据参数与工程体性质的关系,
