波速测试
波速测试
④类型：根据测试对象和工作方式的不同，声波探头可 类型：根据测试对象和工作方式的不同， 划分为喇叭型、增压式、弯曲型、测井换能器、 划分为喇叭型、增压式、弯曲型、测井换能器、横波换能器 等多种类型。 等多种类型。
《岩土工程原位测试》 岩土工程原位测试》
第6章 波速测试
第6章 波速测试
学习指导: 了解各种波速测试的方法分类、 学习指导: 了解各种波速测试的方法分类、国家现 行规范对波速测试的要求、波速测试的要点、 行规范对波速测试的要求 、 波速测试的要点 、 资 料整理及成果应用。 料整理及成果应用。 重点： 重点 ： 各种波速测试方法以及国家现行规范对该 试验的要求； 弹性波基本理论；仪器组成； 试验的要求 ； 弹性波基本理论 ； 仪器组成 ； 野外 工作方法； 测试指标及物理意义；适用范围； 工作方法 ； 测试指标及物理意义 ； 适用范围 ； 波 速测试要点；资料整理及成果应用。 速测试要点；资料整理及成果应用。
6.1 概述
3．工程中常用的波：纵波（P波）、横波（S波）、瑞利面波（R波） 工程中常用的波：纵波（ 横波（ 瑞利面波（ 4．用弹性参数表示的波速公式
5．Vp、Vs、VR之间的关系 Vp、Vs、
6.1 概述
6．用波速计算弹性参数的公式
7、基本测试方法 (1)、对穿法 V=L/t
(2)、一发双收测孔 ①换能器结构 ②测试原理
6.3 单孔法
6.3.1 基本原理 2 公式推导 定义坐标系原点为钻孔口， 定义坐标系原点为钻孔口 ， z 轴沿钻孔向下为正， 轴沿钻孔向下为正， x轴向右为 正。 设测点深度为 hi ， 激震点距 钻孔口距离为dx dx。 钻孔口距离为dx。
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析岩土工程勘察是指对地下岩土地质情况进行调查和分析，以确定地下岩土的性质和特性，为工程设计、施工和运营提供科学依据的一项工作。
而波速测试则是岩土工程勘察中的重要内容之一，通过对岩土体的波速进行测试，可以获取关于岩土体力学性质的重要信息，对于工程设计和施工至关重要。
本文将对波速测试在岩土工程勘察中的作用进行分析。
一、波速测试的原理波速测试是指通过在地下岩土中传播声波或弹性波，测定波的传播速度来判断岩土体的力学性质。
在地下工程勘察中，主要采用的波速测试方法有地震波法、声波法和超声波法等。
地震波法是一种利用地震波在地下介质中传播的速度来反映地下介质性质的一种探测方法，可以用于探测基础岩层、地下水位、构造断裂和地质构造等情况。
声波法则是通过声波在地下介质中传播的特性来判断地下介质的物理性质和力学性质，对于研究地下水位、地质构造和土壤类型等方面有着重要的作用。
超声波法则是利用高频声波在岩土体中传播的速度和衰减特性来判断岩土体的质地、密实度和抗压强度等特性。
1. 判断地下岩土的性质通过波速测试可以精确地获取地下岩土体的波速信息，根据声波或地震波在不同岩土体中传播的速度和衰减特性，可以判断地下岩土体的结构、密实度、水分含量和力学性质等特性。
这些信息对于地下岩土体的性质评价和工程设计具有重要的指导意义。
2. 评估地下水位和地质构造波速测试可以用来评估地下水位、地下断裂和地质构造等情况。
因为地下水和地下断裂会对波速的传播造成影响，通过观测波速的变化可以判断出地下水位和地下构造的情况，对于工程设计和施工有着重要的指导作用。
3. 预测地下岩层的稳定性通过波速测试，可以分析地下岩层的稳定性。
因为岩土体的稳定性与其密实度、结构特性和力学性质有关，而这些信息可以通过波速测试来获取。
通过分析波速的变化和衰减特性，可以对地下岩层的稳定性进行合理的预测和评估，为地下工程的施工和运营提供重要的参考。
波速测试在工程勘察中的应用研究
波速测试在工程勘察中的应用研究1引言近年来，地铁工程勘察中广泛采用波速测试试验用来检测土层弹性波速，弹性波又分为压缩波（P波）和剪切波（S波）。
试验方法有单孔法、跨孔法等，在实际工作中，我们常采用单孔法进行测试，其具有测试深度深、激振形式便捷、测试仪器较简单、工作效率较高、测试成本低的特点。
鉴于设备的便携性和可操作性，现今多采用孔中自激自收法进行测试。
其设备采用悬挂式波速测井仪，仪器由主机、井中悬挂式探头及连接电缆、信号电缆、触发电缆等组成。
2、波速测试原理及计算2.1波速测试原理由于各土层的土质颗粒度、孔隙度以及密度等物理性质存有差异，弹性波在各地层中传播的速度也有所不同。
弹性波的传播实质上是应力和应变在介质中的传播，其特性决定于物质受力状态和传播介质的物理力学性质，如弹性模量、剪切模量和泊松比等。
据弹性波理论，波在地层介质中传播时，波速与岩土的物理力学参数有下列关系:Ed=ρV²(3V²-4V²) V²- V²；Gd=ρV²；µ= V²-2V² 2V²-2V²其中V =横波波速(m/s)；V =纵波波速(m/s)；ρ=密度(t/m³)；Ed=动弹性模量(kPa)；Gd=动剪切摸量(kPa)；µ=动泊松比。
单孔波速测试技术就是建立在上述理论基础上的一种波速测试方法。
在钻孔中以井液作为耦合剂，用电磁震源垂直于井壁作用一瞬时冲击力，就在井壁地层中产生两种类型质点振动，一种是质点振动方向垂直于井壁，沿井壁方向传播，称为S波（剪切波，横波）；另一种是质点振动方向与传播方向相同称为P波（压缩波，纵波）。
检波器接收S波的振动信号并转换成电信号，然后传输到计算机，计算机对信号进行数据处理后采用两道互相关分析方法，自动计算S波在两道检波器间传播的时间差，从而计算出两道间的S波传播速度。
波速测试
波速测试(wave velocity testing)观测、研究地震波在岩土中的传播速度的工程地震勘探方法。
人工激发的地震波(纵波、横波和面波)在岩土中的传播速度与岩土的形变有直接关系，传播速度的大小，特别是横波速度的大小反映了岩土的状态、结构和物理力学性质。
只要测得岩土的纵波速度v p、横波速度v s和密度ρ值，即可计算岩土的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd、动压缩模量Kd和动泊松比舶μd不少学者还用v p,v s值与岩土的主要物理力学参数建立相关关系，因而，可以通过波速测试间接得到这些参数；或直接用岩土的波速值来评价岩土的物理力学性质和强度，评价地基加固效果。
20世纪80年代末，工程地球物理勘探界利用先进的地震波层析成像技术对岩体进行全面细致的质量评价，圈定地质异常体取得显著效果，为波速层析成像技术开拓了新的前景。
波速测试常用的方法有：地面直达(折射)波法、单孔法、跨孔法和瑞雷波法。
(1)地面直达(折射)波法。
在地面、探槽、坑道等岩土露头上，激发、观测直达(折射)波中的纵、横波在岩土中的传播速度。
观测方法有：剖面法和透视法。
利用传播时间和距离计算岩土体的纵、横波速度。
横波激发和接收是测试结果质量的关键，即：横波激发方向应与横波传播方向垂直，接收横波检波器的最大灵敏度轴与质点振动的方向一致。
直达波法使用的仪器设备有大锤或其他震源、检波器、浅层地震仪(见工程地球物理勘探仪器)。
(2)单孔法。
可以在钻孔附近地面上用叩板法激振，孔内不同深度处用三分量检波器接收纵波和横波；也可以在孔内不同深度处用爆炸或井下剪切波锤激振，在钻孔附近地面用三分量检波器接收纵波和横波。
用传播时间与路程之比计算各层纵波和横波速度。
单孔法使用的仪器设备有井下剪切波锤或其他激振设备、三分量检波器和浅层地震仪。
(3)跨孔法。
用井下剪切波锤或其他激振设备在一孔内激发，用井下三分量检波器在另一孔或多孔内接收纵波和横波。
用孔间距与到达时间之比计算地层的纵波和横波速度。
波速测试
摘要一般来说，波速测试可原位测定压缩波(P波)、剪切波(S波)和瑞雷面波(R波)在岩(土)体中的传播速度，从而避免了室内测试所带来的误差，它能有效地解决许多地质问题。
波速测试技术是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利水电工程、石油工程、铁路工程、冶金工程、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果作为地基土动力特性测试项目之一，自80年代以来广泛用于重大工程、高层建筑等一级建筑及有特殊要求的二级建筑中。
通过波速测试可获得岩土体的弹性波速，为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析和地震破坏潜势分析等。
文中简述了面波法与单孔法等波速测试方法的工作原理、现场施测技术以及数据处理和资料分析过程。
以工程实例说明了波速测试技术在岩土工程勘察设计中的应用和及其效果。
关键词：弹性波波速测试单孔法跨孔法面波法岩土动力参数第一章绪论波速测试技术是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利水电工程、石油工程、铁路工程、冶金工程、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。
如果回顾一下历史，可以发现随着弹性波理论研究的不断发展，波速测试技术不断得到完善，其领域也在不断拓宽。
1821年,C.-L.-M.-H.纳维建立了弹性体平衡和运动的一般方程，弹性波的研究随之展开。
1829年，S.-D.泊松在研究弹性介质中波的传播问题时,发现在远离波源处有纵波和横波两种类型的波。
到1845年，弹性波传播的数学理论已经发展成熟，G.G.斯托克斯证明纵波是胀缩波，1849年又证明横波是畸变波。
后来学者们对拉压、扭转和弯曲三种类型的无限长弹性杆中弹性波的传播问题进行了研究，并得到了精确解。
瑞利、H.兰姆等人给出了无限平板中的波动方程的解。
兰姆在1904年建立了半无限弹性体表面和内部由于扰动线源和点源的作用而引起的波动问题的理论，并得到了问题的解，故该问题称为兰姆问题。
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析引言岩土工程勘察是指对土壤和岩石地质条件进行调查和研究的工作，其目的是为了为工程建设提供可靠的地质信息。
在岩土工程勘察中，波速测试是一种常用的地质勘察手段，通过测试土壤和岩石的波速，可以对地层结构和物性进行分析，为工程设计和施工提供重要的参考依据。
本文将对波速测试在岩土工程勘察中的作用进行分析，探讨其在工程中的重要性和应用价值。
一、波速测试的基本原理波速测试是一种通过声波或振动波在土壤和岩石中传播速度进行测试的方法，根据传播速度可以推断地层的物性和结构特征。
声波在不同介质中传播的速度与介质的密度、弹性模量、孔隙度等因素有关，可以通过测定声波的传播速度来了解地层的特性。
在波速测试中，常用的测试方法包括声波测试、地震探测和超声波检测等，这些方法可以根据具体的勘察需要选择合适的测试设备和方法。
二、波速测试在岩土工程勘察中的应用1. 地质勘察波速测试可以用于地质勘察中对不同地层的性质和特征进行识别和分类。
通过测定地层中的声波传播速度，可以了解地层的坚固性、均质性和孔隙度等参数，为地质勘察提供重要的地质信息。
在地质勘察中，可以通过波速测试来确定地下岩层的类型、分布和厚度，为工程设计和施工提供准确的地质数据。
2. 工程设计波速测试可以用于工程设计中对地基和地基基础的地层性质进行评估和分析。
在建筑和桥梁等工程设计中，地基土壤和岩石的力学特性对工程的稳定性和安全性有重要影响，通过波速测试可以了解地层的强度、压缩性和变形特性，为地基处理和基础设计提供科学依据。
波速测试还可以用于水利工程、港口工程和道路工程等领域的地质勘察和工程设计。
3. 施工质量控制波速测试可以用于施工质量的控制和监测。
在地基处理和基础施工中，可以通过波速测试来评估地下岩土的力学性质和工程质量，及时发现地基的松软、坚固性差、变形大等问题，为施工现场提供及时的质量监测和技术支持。
波速测试还可以用于挖掘和爆破施工中对岩石的勘探和爆破质量的控制，提高施工的安全性和效率。
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析【摘要】波速测试是岩土工程勘察中常用的一种方法，通过测定波在地层中传播的速度来获取地层的物理性质信息，对岩土工程的设计和施工具有重要意义。
波速测试的原理是利用波在地层中传播的速度与地层的密度、坚实程度等物理性质相关，通过设备发射波并记录波的传播时间来计算波速。
在岩土工程勘察中，波速测试可用于确定地层的坚实程度、岩层的质地等重要信息，为工程设计提供依据。
波速测试还可以在地质勘察中用于识别地层界面、探测地下障碍物等。
未来，随着技术的不断发展，波速测试在岩土工程勘察中的应用将会更加广泛，为工程建设提供更精准的数据支持。
【关键词】波速测试、岩土工程、勘察、地质、工程设计、施工监测、重要性、未来发展1. 引言1.1 背景介绍岩土工程勘察是土木工程领域中非常重要的一项工作，其目的是为工程建设提供可靠的地质和工程地质信息，以指导工程设计和施工。
而波速测试作为岩土工程勘察过程中常用的一种技术手段，在地质勘察、工程设计和施工监测中发挥着重要作用。
波速测试是通过测定波在岩土体中传播的速度来推断岩土体的力学性质和工程特性的一种方法。
利用波速测试可以快速、准确地获取岩土体的物理参数，如密度、弹性模量、泊松比等，为工程建设提供重要的参考依据。
在岩土工程勘察中，波速测试可以用于判断地质构造、岩土体性质及风险评估等，为工程设计提供可靠的依据。
在施工监测中，波速测试可以用于监测和评估工程质量，及时发现问题并采取相应措施，确保工程建设的安全可靠性。
了解波速测试在岩土工程勘察中的作用对于提高工程建设的质量和安全性具有重要意义。
在接下来的文章中，将详细探讨波速测试的原理、应用及未来发展前景。
1.2 研究意义波速测试在岩土工程勘察中扮演着重要的角色，对于工程建设的安全性、稳定性和经济性具有重要意义。
通过波速测试，可以获取地下岩土介质的物理性质和力学特性，为工程设计和施工提供可靠的数据支持。
波速测试可以帮助工程师了解地下岩土的结构和稳定性，预测地下水文条件，为工程设计提供准确的地质信息。
波速测试原理
波速测试原理
波速测试是一种用来测量介质中波的传播速度的方法。
在物理学和工程领域，
波速测试被广泛应用于声波、电磁波和地震波等各种波的传播速度测量。
它对于研究介质的特性和结构，以及地质勘探、地震监测、声学和无线通信等领域都具有重要意义。
波速测试的原理是基于波的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。
在同一介
质中，波的传播速度与波长和频率有关，而波长和频率又与波速有直接的关系。
因此，通过测量波的传播速度，可以间接地推导出介质的密度和弹性模量等物理特性。
在实际的波速测试中，常用的方法包括超声波测试、地震波测试和电磁波测试等。
这些方法都是通过在介质中产生波，然后测量波的传播时间或传播距离，从而计算出波速。
其中，超声波测试是通过超声波在材料中的传播速度来检测材料的质地和缺陷，地震波测试是通过地震波在地下介质中的传播速度来描绘地下结构，电磁波测试则是通过电磁波在空气或导体中的传播速度来研究材料的电磁特性。
波速测试在工程领域有着广泛的应用。
例如，在地质勘探中，通过地震波测试
可以了解地下岩层的结构和性质，为石油勘探和地质灾害防治提供重要的信息；在声学领域，通过超声波测试可以检测材料的内部缺陷和结构特性，为材料的质量控制和安全评估提供依据；在无线通信领域，通过电磁波测试可以研究天线和电路的传输特性，为通信系统的设计和优化提供支持。
总之，波速测试是一种重要的物理测试方法，它通过测量介质中波的传播速度，可以揭示介质的物理特性和结构，为地质勘探、材料测试和通信系统设计等领域提供了重要的技术手段。
随着科学技术的不断发展，波速测试方法也在不断创新和完善，将为人类的生产生活带来更多的便利和发展机遇。
波速测试仪应用及操作原理 测试仪常见问题解决方法
波速测试仪应用及操作原理测试仪常见问题解决方法波速测试仪是仪器利用锤击、电火花或爆炸等作为激发震源，勘探深度从几米到百多米，使用延时功能，可保证深部地层振动信号的测试精度。
利用锤击、电火花或爆炸等作为激发震源，勘探深度从几米到百多米，使用延时功能，可保证深部地层振动信号的测试精度。
适用于波速（剪切波、压缩波）测试、地脉动测量，广泛应用于水利、电力、铁路、桥梁、城建、交通等领域工程勘察（探）方面。
操作原理：单孔法波速测试接受的振源很多。
但在一般的场地剪切波速测试中常用的是敲击板激振源。
敲击板激振源：剪切波的测试设备敲击板激振源将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.40.5米，厚约0.1米）受锤击的两头包上铁板，放在平整的地面上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触，然后敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动。
激发的振动紧要为SH波。
敲击板激振源：剪切波的测试设备敲击板激振源在敲击冲量确定的条件下，激发的SH波振幅随木板上重物重量的增大而增大，但超过确定值后影响会有所削减；长板效果比短板好；板与地面的接触条件对激振效果影响较明显，板底钉有钉齿、地面上泼水或水泥浆以增大木板与地面接触的紧密程度可改善激振效果。
所谓漏电起痕是固体绝缘材料表面在电场和电解液的联合作用下渐渐形成导电通路的过程，称为漏电起痕。
而绝缘材料表面抗漏电起痕的本领，称为耐漏电起痕。
1试验目的耐漏电起痕试验紧要是模拟家用电器产品在实际使用中不同极性带电部件在绝缘材料表面沉积的导电物质是否引起绝缘材料表面爬电、击穿短路和起火不安全而进行的检验。
电器产品在使用过程中，由于环境的污染导致绝缘材料表面有污物、潮气而产生漏电，由此诱发的腐蚀而损坏绝缘性能。
本标准所规定的试验是一种模拟极恶劣条件的加速试验以检验绝缘材料是否会形成漏电痕迹，从而能在短时间内区分固体绝缘材料抗漏电起痕的本领，保证产品在特定环境条件下的使用安全。
波速实验
内容摘要波速测试适用于测定各类岩土体的波速，确定与波速有关岩土参数，为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析等。
本文介绍了波速测试的工作原理和野外测试方法，并结合岩土工程实例，说明其应用效果。
正文一、前言波速测试目前已广泛应用于水电、铁路、工民建等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。
一些重要的岩土工程勘察中，野外除进行常规原位测试工作外，还进行了剪切波波速测试工作。
二、单孔波速测试的基本原理单孔波速测试：由震源产生压缩波（又称P波）和剪切波（又称S波），经过土层，由在孔中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。
1、测试仪器和设备：一套完整的速度检层法观测仪器应由四部分组成，即激震源、信号接收系统、记录系统和分析系统。
速度检层法可使用的激震源很多，如爆破、空气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。
一般的场地土层剪切波观测量常用的是敲击板激震源。
目前用于场地于层剪切波观测的拾震器一般均为速度型拾震器有三个分量，一个垂直，两个水平。
2、计算方法用速度检层法测得的剪切波速是钻孔内相邻二个测点中间土层的平均波速。
首先从记录上确认剪切波到时，再根据激震源的触发时间算出剪切波走时，然后由钻孔中测得深度和孔源距确定波的行程，最后将行程除以走时即得波速。
根据实测的资料，表1给出了不同土类的剪切波波速范围。
一般来说剪切波带随深度的增加而增加，但各地区剪切波速沿深度的变化规律并不一样。
通常内陆城市波速值相对较高，而沿海地区则偏低。
表1土质类别填土（包括杂填土）粘性土（包括亚粘土等）砂土（粉、中、粗）砾石、卵石、碎石风化岩岩石剪切波速范围(m/s) 90~270 100~450 100~450 200~500 350~500 >5003、测试方法（1）在待测场地钻孔，将三分量传感器放置在钻孔中，以适当方式（气囊或机械装置）使三分量传感器贴紧钻孔孔壁，在地面上钻孔孔口附近（通常1~3m）处放置长条形木板（通常长约2~4m，宽约0.4~0.5m，厚约0.1m），木板上压有重物（>500kg）。
波速测试
2．弹性波接收 波速法测试时，无论选择什么样的振源，一般都会产
生复合波，这就要求接收器既能记录到竖直振动分量，同 时又能记录到两个水平方向的振动分量，以便更好地识别 到剪切波到达的时刻。所以，一般采用三分量检波器。
三分量检波器是由3个传感器按相互垂直的方向固定 并密封在一个无磁性的圆筒内制成的，如图9－5所示。这 种检波器自振频率较高，对方向性不敏感，即使埋置倾斜， 也能有效的进行波动测试。
层覆盖层厚dov）
G h jG j h j
（5）确定场地覆盖层厚度dov（Vsj>=500m/s）
（6）计算场地土层平均剪切波速Vsm（15m内，但不超过
覆盖层厚度dov）
Vsm
h jVsj h j
（7）计算场地的卓越周期T（覆盖层厚度dov内）
T 4 h j
Vsj
概 波在岩土体内的传播速度，间接测定岩土体在小应变条
件下(10-4～10-6)的动弹性模量等参数。
述
波在地基土中的传播速度是地基土在动力荷载作用
下所表现出的工程性状之一，也是建(构)筑物抗震设计
的主要参数之一。
2．几组概念的区分
1）体波：在弹性体内部传播的波； 面波：在弹性体表面或不同介质交界面上传播的波；
但是，我们可以根据剪切波和压缩波的不同特点把 它们区分出来。区分的标志是：
（1）波速不同。压缩波速度快，剪切波速度慢。因此， 压缩波先到达，剪切波后到达。
（2）波形特征。压缩波传递的能量小，因此波峰小； 剪切波传递的能量大，因此峰值大。
（3）频率不一致。当剪切波到达时，波形曲线上会有 个突变，以后过渡到剪切波波形。
波速测试
压入式波速探头
压入式波速探头
振源-激振板
压入波速探头
敲击板端
4. 资料整理
(1) 波形分析与鉴别 波形鉴别的目的是要确定剪切波到达的正确位置。由于外界 干扰以及敲击时在激振板内产生的压缩波的地下折射，实际得到 的波形记录往往是剪切波和压缩波复合在一起的记录这就给剪切 波的鉴别带来了很大困难。但是我们可以根据剪切波和压缩波的 不同特点把它们区分出来。区分的方法常有以下两种： 1) 按速度不同区分 压缩波速度快，剪切波速度慢；压 缩波总是先到达，剪切波后到达。 2) 根据波型特征区分 压缩波传递的能量少，因此波峰 小；剪切波传递的能量大，波峰高。而且两种波的频率不一致． 当剪切波到达时，波形曲线上会有个突变，以后过渡到剪切波波 形。如图4-62所示。
波速测试
一、检层法波速测试 二、跨孔法波速测试 三、表面波法波速测试 四、反射波法波速测试 五、波速在工程中的应用
一、检层法波速测试
检层法是在钻孔内测定岩土层波速的一种方法，是目前高层建 筑岩土工程勘察中最常用的方法。 1． 基本原理 检层法利用直达波的原理，即先根据勘察深度要求用钻机成孔 ，然后将钻孔检波器放至预定的测试点(也可用静力触探贯入设备将 三分量波速探头压人土层中)，并同时在孔口放置振源板，测出由孔 口振源产生的波传到孔中检波器所需要时间t，算出波从振源到检波 器的传播距离L，即可得到波在土中传播的速度：
图4－70 振波射线图
图4－70 振波射线图
图4-70所示，一重物竖向落下，冲 击钻杆(或直接冲击孔底)，通过钻杆 将振动传递到孔底O点,产生P波和S波 波动、这些波 于作用力本身的不完 全对称性,致使波没有球形对称性。图 中的两个虚线圆表示P波射线方向，就 是说P波分量向上或向下较强，在振动 点附近R波分量特别强。图中两个实线 圆表示SV波射线图。 说明 SV 波分量沿水平方向最强。跨孔 法波速测试就是在离激振点沿水平万 向一定距离的另外两个钻孔的同样深 度处。例如： M、N 点安置三分量检波 器,就可以接收到能量丰富的SV波。 这种振源装置携带方便，操作容易， 几乎把所有的能量集中在一个轴上， 并把大部分能量转换成剪切能量，故 能产生丰富的 S 波分量。主要缺点是可 利用能量有限，但如果与信号增强型 地震仪或者放大倍数较高的放大器配 套使用时能量是足够的。
波速测试
压缩波记录的长度取决于测点深度。测点越深，离 开振源越远，压缩波的记录长度就越长。图9－6 b)中 波形是在离孔口5m深处记录所得，其压缩波记录长度 要短得多。如在孔口记录，波形中就不会出现压缩波。 当测点深度大于20m或更深时，由于压缩波能量小，衰 减较快，一般放大器有时候测不到压缩波波形，记录下 来的波形图只有剪切波，这样就更容易鉴别了。
（4）计算场地土层平均剪切模量（20m内，但不超过土
层覆盖层厚dov）
G hjGj hj
（5）确定场地覆盖层厚度dov（Vsj>=500m/s）
（6）计算场地土层平均剪切波速Vsm（15m内，但不超过
覆盖层厚度dov）
Vsm
hjVsj hj
（7）计算场地的卓越周期T（覆盖层厚度dov内）
T 4 h j Vsj
应该说，激震板越长，剪切波的频率越低；压重 越重，剪切波能量越大。
2020/3/30
2．弹性波接收 波速法测试时，无论选择什么样的振源，一般都会产
生复合波，这就要求接收器既能记录到竖直振动分量，同 时又能记录到两个水平方向的振动分量，以便更好地识别 到剪切波到达的时刻。所以，一般采用三分量检波器。
根据以上推导，可得剪切波到达任意测点的走时：
ti
1 (hihi1i1hjhj-1)
cois V si
V j1
sj
i
arctand( x) hi
2020/3/30
（2）反演公式 根据正演公式变形得到：
Vsi
hi hi1
ticosi i1 hj
j1
hj-1 Vsj
2020/3/30
三、仪器设备组成
三分量检波器是由3个传感器按相互垂直的方向固定 并密封在一个无磁性的圆筒内制成的，如图9－5所示。这 种检波器自振频率较高，对方向性不敏感，即使埋置倾斜， 也能有效的进行波动测试。
波速测试技术细则
HZCS/C-15 波速测试技术细则1、测试目的城市高层建筑的地基抗震设计需要了解土质动力参数，而取得这些参数的测试手段以波速测试最为简便、经济、精度较高。
同时波速还可以换算其它参数，如动弹性模量(Ed)、动剪切模量(G)、动泊松比(ρ)等，为设计提供重要数据。
2、相关规范《城市勘察物探规范》CJJ7-85。
3、仪器与设备3.1 用于波速测试的仪器有：3.1.1 检波器：可用地震勘探所使用的检波器，如DZJ5-71型。
单孔法测波速用三分向检波器，是将三个检波器按X、Y、Z三年方位装置于一个密封容器内构成。
检波器在水下使用时，必须密封防水。
3.1.2 记录仪：可使用地震勘探的多道地震仪（不可用打点记录仪器）。
仪器的使用要求参考地震勘探有关部分。
也可用光线示波仪配以适当的放大器。
3.2 用于波速测试的振源应符合下列要求3.2.1 在地面激发剪切波的激发木板尺寸为：长2.5～3.0m，宽0.3～0.4m，厚0.06～0.10m。
木板上应压重物，一般应大于500kg（测试深度为30～40m）。
通常以汽车的前轮或后轮作为板的载重物，既方便，效果也好。
3.2.2 为了改善木板与地面的接触条件，在湿度大的土层上，必须垫上一层干砂或干土；也可在木板上钉有一定数量的齿片或铁钉，以保证激发板与地面接触良好。
3.2.3 激发板距井口一般为2～4m。
为避免浅处高速地层界面可能造成的折射波的影响，最小测试深度应大于激发板至孔口的距离。
3.2.4 激发板的安置要避开地下构筑物、墙基、路面等。
冬季工作时，激发板要放在冻土层下，以免造成波的干扰。
3.2.5 激发板应垂直于板中心和孔的连线，敲击力的方向必须和板的轴向平行，以免造成纵波分量过大。
3.2.6 跨孔法振源的激发可在钻杆前端加标准贯入器敲击孔底产生纵波(P)和横波(S)。
3.2.7 跨孔法“孔底锤”是理想的横波振源，而且正、反向敲击能产生一对极性相反的波形。
三分向检波器可用六芯三组屏蔽电缆，屏蔽线应与外壳接地。
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析波速测试是岩土工程勘察中常用的一种测试方法，通过测试波速的大小来评估岩土体的物理性质和工程性质。
波速测试在岩土工程勘察中具有重要的作用，能够为工程设计和施工提供可靠的依据，本文将就波速测试在岩土工程勘察中的作用进行分析。
一、波速测试原理波速测试是通过在岩土体内传播压缩波和剪切波，由传播波的速度来推测岩土体的物理性质和工程性质。
在波速测试中，常用的方法有声波法、地震波法和超声波法等。
这些方法通过在岩土体内传播不同类型的波，测定波速的大小，从而得到岩土体的一些重要参数，如密度、弹性模量、泊松比等。
二、波速测试的作用1. 评估地质条件波速测试能够评估地下岩土体的物理性质，包括密度、孔隙度、含水量等。
通过波速测试，可以了解地下岩土体的类型、分布和变化规律，为工程设计提供地质条件的依据。
2. 确定岩土性质波速测试可以确定岩土体的力学性质，包括弹性模量、剪切模量、泊松比等。
这些参数是工程设计和施工的重要参数，能够直接影响工程的稳定性和安全性。
通过波速测试得到的岩土性质参数，可以为工程设计和施工提供依据。
3. 检测隐患波速测试可以检测地下隐患，如岩层裂缝、岩溶洞、地下水体等。
这些隐患对工程的影响很大，可能导致工程的失败和事故的发生。
通过波速测试，可以及时发现这些隐患，提前做好处理和防范措施。
4. 指导施工波速测试能够指导工程的施工，包括挖土、铺设管道、打桩等。
通过波速测试，可以了解地下岩土的物理性质和工程性质，指导合理的施工方案，保障工程的安全和质量。
三、波速测试的局限性尽管波速测试在岩土工程勘察中具有重要的作用，但也存在一些局限性。
波速测试需要专业的仪器和设备，测试过程较为复杂，需要专业的技术人员进行操作。
波速测试只能在有限的范围内得到岩土体的信息，对于一些地质复杂、工程难度大的地区，波速测试的效果可能不理想。
波速测试结果容易受到外界因素的影响，如土壤湿度、温度等，需要进行充分的校正和修正。
物理实验测量物体的波速
物理实验测量物体的波速波速是指波在介质中传播的速度。
在物理实验中，我们可以采用不同的方法来测量物体的波速。
下面将介绍几种常见的实验方法及其步骤。
一、测量声速实验材料：- 声音发生器- 示波器- 直尺- 计时器- 介质（例如空气、水）实验步骤：1. 将声音发生器放置在介质的一侧，并调节发生器使其发出稳定的声音信号。
2. 在另一侧放置示波器，并将示波器与声音发生器相连。
3. 分别在声源和示波器之间测量直线距离，并记为$L$。
4. 在示波器上观察到声音波形，并记录示波器上显示的信号周期时间为$T$。
5. 根据公式$v = \frac{2L}{T}$计算声速$v$。
二、测量水波速度实验材料：- 柔性的细木条- 双头滑轮- 弹簧秤- 直尺- 计时器- 水槽- 介质（水）实验步骤：1. 在水槽中加入适量水，并使其表面平静。
2. 将滑轮固定在水槽一侧，接上弹簧秤并悬挂细木条于滑轮上。
3. 调整滑轮的位置，使细木条与水面成一定角度。
4. 用直尺在细木条上测量波长$\lambda$。
5. 将细木条轻轻拨动，观察波形，并用计时器测量振动周期$T$。
6. 根据公式$v = \frac{\lambda}{T}$计算水波速度$v$。
三、测量光速实验材料：- 光源- 反射镜- 透镜- 平行光管- 分光镜- 光电探测器- 直流电压表- 平板玻璃- 计时器实验步骤：1. 将光源置于一侧，并用反射镜将光线引入平行光管中。
2. 在平行光管的另一侧放置透镜，调整透镜位置以使光线经过透镜后尽可能平行。
3. 在光线通过透镜后放置分光镜，并用光电探测器接收透过分光镜的光信号。
4. 将光电探测器连同直流电压表连接，使得光电探测器的输出电压与光强成正比。
5. 在光线传播路径上放置一块平板玻璃，使光线经过平板玻璃后发生折射。
6. 用计时器测量光线通过平板玻璃的时间间隔$\Delta t$。
7. 根据公式$v = \frac{d}{\Delta t}$计算光速$v$，其中$d$为光线在平板玻璃中传播的距离。
岩土工程勘察--波速测试 ppt课件
波速测试
一、检层法波速测试 二、跨孔法波速测试 三、表面波法波速测试 四、反射波法波速测试 五、波速在工程中的应用
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一、检层法波速测试
检层法是在钻孔内测定岩土层波速的一种方法，是目前高层建 筑岩土工程勘察中最常用的方法。
1． 基本原理 检层法利用直达波的原理，即先根据勘察深度要求用钻机成孔 ，然后将钻孔检波器放至预定的测试点(也可用静力触探贯入设备将 三分量波速探头压人土层中)，并同时在孔口放置振源板，测出由孔 口振源产生的波传到孔中检波器所需要时间t，算出波从振源到检波 器的传播距离L，即可得到波在土中传播的速度：
对于这种畸变的波形还可用相位对比方法鉴 别。由于试验时敲击激振板的一端后．还敲 击另一端，其方向相反，测到的波形其相位 刚好相反，如图4-65；所示，比较这两个波 形记录，将记录纸上击振时间信号对齐，找 到相位差180度的两个最大的峰及谷即为剪切 波到达位置。如干扰很严重,有效波都1被6掩盖 了,那就无法鉴别。
不了解地层资料，可以2—3m一个测点或更大一些。
以上所述方法又叫下孔法(down-hole)，即孔口激振，孔中接收。 另外也可用上孔法(up-hole)即孔下激振，孔口接收；例如，可以利用 标贯试验作为孔底振源，同时进行孔口记录波形，如图4.9.7所示。
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压入式波速探头
压入式波速探头
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(1)根据试验要求确定孔深及试验点，先成好孔(或压入波速探头)。 (2)按图4.9.4将孔口检波器埋设好，检波器位置在板底下中间，检 波器轴线和板轴线一致(当板被敲击发出振波时，通过检波器就收到了 振源的信号，将它与钻孔中的检波器收到的信号作比较，即可找出时间 差)。然后将木板压下，木板要求和地面紧密接触，地面要平整，撤上l
波速测试试验实施细则
1.适用范围：1.1波速测试适用于测定各类岩土的压缩波、剪切波、瑞利波的波速。
1.2波速测孔或点的位置、数量、深度等应根据岩土勘察技术要求地质条件确定。
1.3多通道记录系统测试前应进行频响与幅度的一致性检查，在测试需要的频率范围内各通道应符合一致性要求。
2、仪器设备：2.1用于测试岩土波速的仪器应满足相应技术规范和标定期限要求。
2.2单孔法测试时剪切波震源采用锤和尺寸3000mm×250mm×50mm木板激震。
2.3检波器的固有频率宜小于地震波的1/2；各检波器的固有频率差不大于0.1Hz，灵敏度和阻尼系数差别应不大于10%。
2.4波速测试的采集与记录系统处理软件应具备如下功能：2.4.1接收信号转化为离散数字量以及对数字信号处理的智能化功能；对采集参数检查与改正功能；识别和剔去干扰波功能；反映地层剪切波速度和厚度等功能。
3、测试方法3.1震源木板长中轴线应对准测试孔中心，木板紧贴地面，相距孔口1-3m；压缩波距孔口1-3m；震源标高宜孔口标高一致；测试宜至下而上进行。
3.2测试时，应沿木板长轴方向分别敲击其两端，记录极性相反的两组震动波形。
4、资料整理4.1 压缩波到达检测点的时间，应采用竖向传感器记录的压缩波初至时间。
4.2 剪切波到达检测点的时间，应采用水平传感器记录的两组极性相反剪切波交汇点的初至时间。
4.3 当确定压缩波、剪切波的初至时间有困难时，也可利用同向轴来确定有效波到达检测点的时间，各检测点同向轴的组合应为同一波前面。
4.4 压缩波或剪切波从振源到测点的时间，应按下列公式进行斜距校正：T=K·TLK=(H+H0)/[S2+(H+H0)]1/2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）；H0—振源与空口的高差（m），当当振源低于孔口时，H0为负值；S—从板中心到测试孔孔口的水平距离（m）。
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（ 1 ） A 、 B 检波器的距离一定要小于 1 个波长的距离。这是因 为，如果设置的距离过大，就可能会出现相位差的误判。但检波器 间的间距又不应太小，否则会影响相位差的计算精度； （2）为提高确定相位差的精度，应尽量选取小的采样间隔；
（ 3 ）为保证波峰的可靠对比和压制干扰波，需要时可将正弦 激振波加以调制； 13
式中 m——波速比，m=vP/vs。
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5.3 试验成果的整理分析
1. 单孔法
确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，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。 由于三分量检波器中有两个水平检波器，可得到两张水平分量 记录，应选最佳接收的记录进行整理。 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： T=KTL
岩土工程测试与监测
第5章 波速试验
1
第5章 内
5.1 试验设备和方法 5.2 基本测试原理
容
5.3 试验成果的整理分析 5.4 试验成果的应用 讨 论
2
5.1 试验设备和方法
5.1.1 试验设备 试验设备一般包含激振系统、信号接收系统（传感器）和信
号处理系统。
测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。 5.1.2 测试方法
s
VR
s
（5-19） （5-20）
0.87 1.12 1
23
5.4 试验成果的工程应用
根据岩土体中的弹性波波速，可以判定场地土的物理力学
性质和地基承载力，评价场地土的液化可能性，计算场地土的 卓越周期，检测地基处理的效果。
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思 考 题
1．单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？
15
vP
E (1 ) (1 )(1 2 )
（5-1） （5-2）
vs
E 2 (1 )
引入拉梅常数、M，
E (1 )(1 2 ) E M 2(1 )
（5-3） （5-4）
（5-1）和（5-2）可以写为下列简洁的形式：
vP
K H H0 L (H H0 )
2 2
（5-10） （5-11）
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L
H0 H
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时距曲线图的绘制，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：
v H T
（5-12）
（ 4 ）根据实际情况调整频率变化速率（步长），一般仪器中 都设置了频率自动降低设备，可以任意选择，但步长太小，作业时 间长；步长太大，又会影响观测精度。
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5.2 基本测试原理
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。
2．波速法可以测试地基土的哪些动参数？
3．波速法为何能确定土层的物理力学参数并检测地基处理的效 果？
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法的现场测试情况如图51所示。
4
对准备工作的要求：
（1）钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套 管，套管壁与孔壁应紧密接触；
（2）当剪切波振源采用锤击上压重物的木板时，木板的长 向中垂线应对准测试孔中心，孔口与木板的距离宜为 1~3m；板 上所压重物宜大于400kg；木板与地面应紧密接触；
vs S Ts 2 Ts1
（5-13）
（5-14）
（5-15）
S=S2-S1
3. 面波法
瑞利波波速应按下式计算： 2fL VR Φ
（5-16）
地基的动剪变模量和动弹性模量，应按下列公式计算：
Gd Vs2
E d 2(1 ) Vs2
（5-17） （5-18）
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Vs
（3）当压缩波振源采用锤击金属板时，金属板距孔口的距 离宜为1~3m； （4）应检查三分量检波器各道的一致性和绝缘性。 测试工作要求：
（ 1 ）测试时，应根据工程情况及地质分层，每隔 1~3m 布 置一个测点，并宜自下而上按预定深度进行测试；
（2）剪切波测试时，传感器应设置在测试孔内预定深度处 并予以固定；沿木板纵轴方向分别打击其两端，可记录极性相 反的两组剪切波波形；
5
（3）压缩波测试时，可锤击金属板，当激振能量不足时，可 采用落锤或爆炸产生压缩波。 测试工作结束后，应选择部分测点作重复观测，其数量不应 少于测点总数的10%。 2. 跨孔法 跨孔法有双孔和三孔等距方法，以三孔等距法用得较多。跨孔
法测试精度高，可以达到较深的测试深度，因而应用也比较普遍，
但该法成本高，操作也比较复杂。三孔法是在测试场地上钻三个具 有一定间隔的测试孔，选择其中的一个孔为振源孔，另外两个相邻
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测试设备由激振系统和拾振系统组成。
激振系统一般多采用电磁式激振器。系统工作时由信号发生器 输出一定频率的电信号，经功率放大器放大后输入电磁激振器线圈，
使其产生一定频率的振动。
拾振系统由检波器、放大器、双线示波仪及计算机四部份组成。 检波器接收振动信号，经放大器放大，由双线示波仪显示并被记录。
整个过程由计算机操作控制。
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9
10
3. 面波法 瑞利波是在介质表面传播的波，其能量从介质表面以指数规律 沿深度衰减，大部份在一个波长的厚度内通过，因此在地表测得的 面波波速反映了该深度范围内土的性质，而用不同的测试频率就可 以获得不同深度土层的动参数。 面波法有两类测试方式，一是从频率域特性出发，通过变化激 振频率进行量测称为稳态法；另一种从时间域特性出发，瞬态激发 采集宽频面波，这种方法操作容易，但是资料处理复杂。本章仅介 绍稳态法。 稳态法是利用稳态振源在地表施加一个频率为 f的强迫振动， 其能量以地震波的形式向周围扩散，这样在振源的周围将产生一个 随时间变化的正弦波振动。通过设置在地面上的两个检波器 A和B 检出输入波的波峰之间的时间差，便可算出瑞利波速度VR。
的钻孔内放置接收检波器，如图5-2。
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激振控 制器
记录仪
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跨孔法的测试场地宜平坦，测试孔宜布置在一条直线上。测试 孔的间距在土层中宜取 2~5m ，在岩层中宜取 8~15m ；测试时，应 根据工程情况及地质分层，沿深度方向每隔1~2m布置一个测点。 钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套管，套管 壁与孔壁应紧密接触。测试时，振源与接收孔内的传感器应设置在 同一水平面。 现场测试方法： （1）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法； （2）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。 当测试深度大于15m时，必须对所有测试孔进行倾斜度及倾斜 方位的测试；测点间距不应大于1m。 当采用一次成孔法测试时，测试工作结束后，应选择部分测点 作重复观测，其数量不应少于测点总数的10%；也可采用振源孔和 接收孔互换的方法进行复测。
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：
由于土中的纵波速度受到含水量的影响，不能真实地反映土
的动力特性，故通常测试土中的剪切波速，测试的方法有单孔法 （检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。
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1. 单孔法 单孔法是在一个钻 孔中分土层进行检测， 故又称检层法，因为只
需一个钻孔 ，方法简便 ，
在实测中用得较多，但 精度低于跨孔法。单孔
2. 跨孔法 确定压缩波或剪切波从振源到达测点的时间时，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。 由振源到达每个测点的距离，应按测斜数据进行计算。每 个测试深度的压缩波波速及剪切波波速，应按下列公式 TP 1
面波法不需要钻孔，不破坏地表结构物，成本低而效率高，是 一种很有前途的测试方法。
测试工作可按下述方法进行：
（1）激振设备宜采用机械式或电磁式激振器； （ 2 ）在振源的同一侧放置两台间距为 l 的竖向传感器，接收 由振源产生的瑞利波信号；
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（3）改变激振频率，测试不同深度处土层的瑞利波波速； （ 4 ）电磁式激振设备可采用单一正弦波信号或合成正弦波信 号。 因为瑞利波在半无限空间中是在一个波长范围内传播的。低频 激振时，波长变长，可测出深层瑞利波速度。由低向高逐渐改变激 振频率，波长由长变短，探测深度由深变浅，从而得出不同深度的 弹性常数。 测试过程中要注意如下几点：
vs
2M
M
（5-5） （5-6）
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如果测试出了岩土体中的弹性波波速，可以由上列公式推出岩
土体的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd和动泊桑比 如下：
Ed
2 vP
(1 )(1 2 ) 1
Gd v s
2
kPa
（5-7）
kPa
（5-8）
（5-9）
m2 2 2( m 2 1)