最新5波速测试
波速测试
（ 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。
17
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。
24
思 考 题
1．单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？
波速试验的基本原理
波速试验的基本原理波速试验是一种用来测量材料中的纵波速度和横波速度的非破坏性试验方法。
其基本原理是利用超声波在材料中的传播速度来确定材料的弹性性质。
波速试验是通过将超声波传播到被测材料中并测量其被测功率和时间来测量材料中的声速。
在这个过程中，发射器发出超声波信号，经过材料的传播，然后由接收器接收并记录超声波的波形和时间信息。
波速试验实际上是一种时域方法，它基于超声波在实验装置中的传播时间与被测材料中的声速之间的关系。
根据基本的物理公式v=d/t，其中v是声速，d是超声波在材料中传播的距离，t是超声波传播的时间。
具体而言，在纵波速度测量中，超声波是沿材料的纵向传播的。
通过测量超声波在材料中传播的距离和时间，可以计算出纵波速度v_l。
通常，采用纵波谐振频率模式，即使在多个纵波模式下，可以提供更准确和一致的纵波速度。
在横波速度测量中，超声波是沿材料的横向传播的。
和纵波速度测量类似，通过测量超声波在材料中传播的距离和时间，可以计算出横波速度v_t。
横波速度的确定通常需要更高的频率，因为在材料中横波的传播速度较高，频率较低的超声波会衰减较快。
在进行波速试验时，需要注意以下几点：1.超声波的发射器和接收器需要保持正确的耦合，以确保超声波信号能够有效地传播和接收。
使用耦合剂，例如涂有薄膜的胶水，可以帮助传递超声波信号并减小信号的衰减。
2.测量超声波在材料中传播所需的时间应该尽量准确。
可以使用高精度的计时器或其他精确测量时间的设备来进行测量。
3.要选择适当的频率和模式来传播超声波。
纵波和横波的频率和模式的选择应根据材料的弹性性质来确定，以确保测量结果的准确性。
4.在进行波速试验之前，应先了解被测试材料的基本性质和结构，以便选择适当的测试方法和参数。
总的来说，波速试验是一种通过测量超声波在材料中传播的时间和距离来确定材料中纵波和横波速度的方法。
这种试验方法广泛应用于材料科学、工程和非破坏性测试领域，可以帮助人们了解材料的弹性、结构和性能。
5 波速测试
m 波器，前者的固有频率为4.5Hz，后者为100Hz。
18m 第 l 期检测区
b. 测线的布置及测点编号
-
观测系统示意图
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
Geophone for time break Source P- and Swaves No.1 No.2 Boreholes Receiver 1 P- and Swaves No.3 Receiver 2
t / ms
-6 -3 0 3 6 9 12 15 18
P
S S
A
P P
B
C
S
-6 -3 Βιβλιοθήκη 3 6 9 12 15 18 横波波速 VS
VS
式中， — 拉梅常数； — 介质密度； — 剪切模量；E — 杨氏模量
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
E (1 )(1 2 )
E 2(1 )
— 泊松比
将以上表达式代入弹性波速公式得：
VP
E (1 ) (1 )(1 2 )
频散曲线是描述相 度随波动频率变化 速 群速度（group velocity） 度 与 波 动 频 率 的现象 单一频率成分的波 （波长、波数）之 频散特征是指相速 频 散（dispersion） 动传播所对应的波 间关系的曲线 度与波动频率之间 速，称为相速度 各种频率成分的波 关系的其变化 频散曲线（curve of dispersion） 动相干叠加后的宏 频散特征（feature of 观波动传播速度， dispersion) 称为群速度
工程物探波速测试和应用新技术
确定场地设计特征周期
单孔法波速测试 振源
位置：木板或铁板位于井口1m～3m左右处。 尺寸：木板尺寸长2.0m、宽0.3m、厚0.15m左右，或其它类型的振源板。 中心：木板位置的地面要刨平整，木板的长轴向中垂线应对准测试孔中心 配重：木板与地面紧密接触，木板上应配置500kg以上的压重物，
压重物可用砂包等物。
激振锤：18磅及以上的铁锤。
岩土单孔法波速测试的技术要求应符合下列规定： （1）测试孔应垂直； （2）将三分量检波器固定在孔内预定深度处， 并紧贴孔壁；测试横波时，应进行正、反向 激发，同一测点接收探头不得旋转、移位。 （3）可采用地面激振孔中接收或孔内激振 孔中接收的工作方式； （4）应结合土层布置测点，测点的垂直间距 宜取 1m～3m；层位变化处加密；宜自下而上 逐点测试。岩体的声波测井的测点垂直间距 不大于0.2m，但到达接收探头的初至波是沿 孔壁地层的滑行折射波为原则。 （5）用于固结灌浆效果检测时，应有灌浆 前、灌浆后的实测对比曲线。
0.7 2.1 4.1 / 10.0 11.8 18.4 20.0
注：本工程ZK8孔场地覆盖层厚度大于80米。
性状
松散 软可塑 流塑 稍密 中密 稍密 中密 流塑
地层名称 杂填土 粉质粘土 淤泥质粉质 粘土夹粉土
粘质粉土
测试孔(ZK8孔)的波速测试成果
h (m) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
单孔法波速测试
2.1 现场测试要求
1 测试钻孔内径不应小于75mm；每孔测试前应利用 合适直径的重锤进行探孔； 2 单孔法波速测试段应有井液，测试段土层的纵波 波速应高于井液波速，并具有足够厚度；测试孔宜 为裸孔。 3 一发双收探头源检距的选择应以到达接收探头的 初至波是沿孔壁地层的滑行折射波为原则。两个探 头之间间距、测点间距的选择应满足分层和曲线分 辨的要求。 4 一发双收的声波测井，探头下井前应在钢套管中 进行校验。 5 单孔法波速测试应从孔底开始自下而上进行测试；宜针对不同的岩性， 现场采集多组新鲜完整的岩芯、岩块，在室内测试其芯样纵波速度。芯 样加工应符合相关标准要求。 6 进行质量检查时，检查观测点应分布在不同井段，相对误差应小于5.0%。
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。
五、剪切波速试验
)21)(1()1(ννρν-+-=E v P )21)(1(νννλ-+=E )1(2ν+=E M 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)1(2νρ+=E v s ρλMv P 2+=ρMv s =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。
波速测试试验实施细则
波速测试试验实施细则
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3000mm250mm50mm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=KTL K=(H+H0)/[S2+(H+H0)]1/2式中 T压缩波或剪切波从振源到达测点的实测时间（s）； K测点的深度（m）； H0从板中心到测试孔孔口的水平距离（m）。
波速测试-终稿
郑州市京广路-沙口路快速通道工程钻孔波速测试报告黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院Institute of Geophysical Prospecting，YREC2010年2月郑州市京广路-沙口路快速通道工程钻孔波速测试报告批准：谢向文审查：毋光荣校核：胡伟华编写：张毅何效周主要工作人员：何效周张毅王海涛目录1 前言 (1)2 测试目的 (1)3 地层岩性 (1)4现场测试方法、技术及仪器设备 (1)4.1.工作方法 (1)4.2 技术措施 (1)4.3 仪器设备 (1)5 资料解释与成果分析 (1)5.1资料解释（纵、横波速计算） (1)5.2 成果分析 (2)5.2.1波速测试 (2)6 结论与建议 (2)6.1 结论 (2)6.2建议 (3)郑州市京广路-沙口路快速通道工程钻孔波速测试报告1 前言根据黄河勘测规划设计有限公司地质工程院要求，我院于2010年2月1日至2010年3月3日对郑州市京广路-沙口路快速通道工程3个钻孔进行波速测试，孔深50.0m，累计测试深度150m。
2 测试目的通过地震测井：⑴查明场地地层的波速分布结构；⑵划分场地土的类型；⑶计算场地的特征周期。
3 地层岩性据钻孔地质资料，测区地层岩性主要有杂填土、粉土、粉砂、粉质粘土等。
4现场测试方法、技术及仪器设备4.1.工作方法采用单孔速度检层法。
将三分量检波器（两个水平方向，一个垂直方向）下入孔底，在距孔口0.5m 处的地面上叩板激发, 产生地震波，检波器自下而上逐点接收来自地面的地震波信息，测试点距为1m。
4.2 技术措施为了获得准确可靠的地震记录资料，在野外测试过程中采取以下技术措施：⑴通过弹簧支架使测试探头紧贴孔壁，为接收地震波创造良好条件。
⑵纵波测试时，垂直激震，以更好地获取纵波。
⑶工作过程中，严格执行《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-2005）和公司质量、环安体系文件，确保成果质量。
4.3 仪器设备测试使用NZ24工程地震仪，配用三分量检波器，使用锤击震源。
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1
6.3 单孔法
6.3.5 测试步骤
1．向孔内放置检波器，在预定深度固定(气压固定，机械固定) 在孔壁上。
2．测点布置：根据最小测试深度h1、测点间隔dh和测点个数n， 可确定各测点的坐标hi
hi=h1+(i-1)dh (i=1,2,…,n)
3．激发：距钻孔口距离为dx处埋设一厚木板，用大锤分别锤击 木板的两端，产生正、反向的剪切波。
(3)根据波的传播时间和距离确定波速；
(4)计算岩土小应变的动弹性模量、动剪切模量和动泊松 比。
6.3 单孔法
6.3.1 基本原理 1 基本假定 1）地下介质采用水平层状地层模型； 2）剪切波速在水平方向为均匀分布， 而在垂直方向随深度变化。
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 法的现场测试情况如图51所示。
3 判别砂土液化
烈 度 Ps0 qc0
7 5～6 4.6 5.5 ～
8 11.5～13.0 10.5～11.8
9 18～20 16.4 18.2 ～
塑性指数
Ip≤3
1.0
3 < Ip≤7
7< Ip≤10
ap
0.6
0.45
参考答案： A点：Pscr=6.058Mpa，Ps<Pscr，液化。 B点：Pscr=4.544Mpa，Ps>Pscr，不液化。 C点：Pscr=6.058Mpa，Ps>Pscr，不液化。
6.4 单孔声波法
6.4.4 测试步骤
在预先确定的测试深度放置探头，测点位置 应在两个探头间距的中点。但需注意，两个探 头应在同一土层中，不宜跨越土层分界线，尤 其是土性相差悬殊者。
岩土工程原位测试 5 波速测试
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
E (1 )(1 2 )
E 2(1 )
— 泊松比
将以上表达式代入弹性波速公式得：
E(1 ) VP (1 )(1 2 )
VS
E
2(1 )
E VS2 (3VP2 4VS2 )
VP2 VS2
VS2
VP2 2VS2
2(VP2 VS2 )
➢ 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
一维介质
VP
E
三维介质 V P
2
➢ 横波波速 VS
VS
当 = 0 时，VS = 0。 液体中不能传播横波
式中， — 拉梅常数； — 介质密度； — 剪切模量；E — 杨氏模量
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
Blaster Pump
Time break
Amp
Recorder
A
B Weight
B
C
Geophones for
Plank
Receiver 2
P- and Swaves
P- and Swaves
No.1
No.2
No.3
Boreholes
Also called the “cross-hole” method.
Requires two or more boreholes.
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。
超声波波速测量简述
深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：声速的测量学院：专业：班级：组号：指导教师：报告人：学号：实验地点B109实验时间：年月日星期实验报告提交时间：最近在静力触探试验中，有人利用安装在触探探头内的拾振器观测由地面锤击引起的剪切波的速度。
同时得到锥头阻力、摩擦比和剪切波速度等资料。
这种试验称为振动触探试验Cone Penetration Test，简称SCPT)，装置如图9－2所示。
钻孔波速测试项目根据工程特点要求吧一般民建作剪切波速试验就可以了，如果需要提供动参数就要麻烦些，纵横都要测试时间上，基本上我们一般都是勘探孔深度达到测试要求就可以做了。
一般比测试深度深1米多（沉渣沉淀）就行如果地层易坍塌，需要停留时间较长，或者测试深度很深，建议下套管。
否则测试的时候让钻进清一下孔也不是难事XG-Ⅰ悬挂式波速测井仪推向市场以来，以其方便、快捷、精确、高校，而受到地震及工程勘察行业的青睐。
但美中不足的是，个别地区施工的无水钻孔及小口径钻孔(<75mm),制约了悬挂式波速测井仪的使用。
为此，我公司研制开发出了新型帖壁式波速测井仪，以满足地震及工程勘察行业的需要。
特点：仪器操作简单：全中文操作菜单，配有专用处理软件可生成钻孔地址-波速柱状图。
探头轻便：探头采用张开装置贴壁，避免了以往贴壁装置烦琐、费力、费时、费工的缺点。
波形直观、成果可靠：全孔测试结果在现场直接显示，便于现场了解钻孔地质情况，发现问题；使用处理软件进行人工干预波速值计算，直接生成波形图与波速-深度曲线。
仪器扩展功能：地脉动测试：配置高精度、高灵敏度低频检测波器及地脉动采集分析软件，可进行地脉动测试。
振动监测：测量强振源引起的地面振动幅值，评价强振源对周围建筑物的影响程度。
波速测试(1)
则剪切波到达测点h 的走时t 则剪切波到达测点h1的走时t1为
6.3 单孔法
对于第2 个测试点h 设深度h 对于第 2 个测试点 h2 ， 设深度 h1 ～ h2 土层 的剪切波速度为v 剪切波射线长度为L 的剪切波速度为 vs2 ， 剪切波射线长度为 L2 ， 它与钻孔轴线的夹角为θ 它与钻孔轴线的夹角为θ2。 又可分为L 两段，其中L 而 L2 又可分为 L21 和 L22 两段 ， 其中 L21 段对 应的波速为v 段对应的波速为v 应的波速为vs1，L22段对应的波速为vs2。 根据三角关系，两段射线的长度L 根据三角关系 ， 两段射线的长度 L21 和 L22 分别为
6.1 概述
1 ． 基本原理 ： 利用弹性波在不同弹性介质中的波速差 基本原理： 来获得岩、土体的工程性质。 异，来获得岩、土体的工程性质。 弹性波的分类： 2．弹性波的分类：体波和面波 体波： （1）体波：在介质体内传播 纵波： 压缩波： 纵波：P波、压缩波：质点振动方向与波的传播 方向一致； 方向一致； 横波： 剪切波： 横波：S波、剪切波：质点振动方向与波的传播 方向垂直；Sv、 方向垂直；Sv、SH 面波： （2）面波：在介质分界面传播 瑞利波 (Rayleigh) 、 R 波 ： 在介质表面传播 ， 其轨迹是逆时针旋转的椭圆； 其轨迹是逆时针旋转的椭圆； 勒夫波(Love) (Love)、 勒夫波(Love)、L波：在介质分界面传播
2 计算分层贯入阻力
单孔贯入阻力：算术平均法或按触探曲线采用面积法。 单孔贯入阻力：算术平均法或按触探曲线采用面积法。 场地分层贯入阻力： 计算勘察场地的分层阻力时 ， 场地分层贯入阻力 ： 计算勘察场地的分层阻力时， 按各孔穿越该层的厚度加权平均法计算场地分层的平均 贯入阻力： 贯入阻力：
波速测试-secret
4．波速测试4．１土体波速测试弹性波在地层介质中的传播可分为压缩波（P 波）和剪切波（S 波）；在地层表面传播的面波可分为Rayleigh 波(瑞利波R 波)和Love 波(L 波)。
它们在介质中传播的特征和波速各不相同，P 波最先到达，速度最快，振幅最小；S 波次之；R 波最慢，但振幅较大。
波速测试就是测定弹性波在土体内的传播速度，而依据弹性波理论间接测定岩土体在小应变条件下（所谓小应变，即对土体激发的冲击、振动的动力小，多为锤击、小能量爆破等。
）动弹性模量和泊松比。
由于土中压缩波速受到含水量的影响，不能真实地反应土的动力特征，故通常以剪切波为主。
波速试验的目的：场地地层分类，地基处理前、后的动参数（剪模、弹模、泊松比）及探测地质异常体(地下管道、洞穴等)。
试验方法分为跨孔法、单孔波速法（检层法）和面波法，见图4－１。
试验基础检波器L P波气囊S波厚木板触发器(锤)液压泵绞车储气瓶气囊三分向检波器减压器(锤)检波器波传播方向激振器木桩触发器储气瓶激发器剪切波源减压器（a)(b)(c)示波器接收仪荷重激发孔接收孔接收孔21R1m图4－１ 试验布置图（a ）单孔法 （b ）跨孔法 （c ）面波法4.1.1 跨孔法跨孔法以一孔为激发孔，布置一或两个检波孔。
钻孔应平行垂直。
当孔深超过１５m 时，应对孔的倾斜度及倾斜方位进行量测，否则波速误差很大。
跨孔法可直接测定不同深度处的土体波速，最适于成层状土层，直接测定成层土水平传播的剪切波。
钻孔中测点布置应事先了解地层，当遇到软硬地层交界面时，则应布置在硬地层中，以免测到折射波，而不是直达波。
近地表的测点宜布置在０.４倍孔距的深度处，其余测点深度间距宜为１～２m 。
(1) 试验设备：试验设备包括激发装置和接收装置两部分。
激发装置：孔内剪切锤，为人工机械激发装置，图4－２。
圆筒体，两侧有翼板，可伸出伸进，可通过油压或气压使翼板伸出紧贴孔壁；中间为滑动重锤，被细钢绳拉动自由下落或快速上升，便上下敲击圆柱体顶、底板，从而使圆柱体上下运动，带动翼板与孔壁土层产生剪切力，于是土层产生剪切波，向检波孔传播。
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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： 2. 跨孔法
v H T
（5-12）
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
（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
（5-10）
K HH0 L2(HH0)2
（5-11）
18
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
12
（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： （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；
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：
13
（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。
14
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。
15
E(1) vP (1)1(2)
引入拉梅常数、M，
E
vs 2(1)
(1E )1(2)
M E
2(1)
（5-1）和（5-2）可以写为下列简洁的形式：
2M
vP
vs
M
（5-1） （5-2）
（5-3） （5-4）
（5-5） （5-6）
16
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：
E dvP 2(11) 1 (2 )
kPa
（5-7）
Gd vs2
kPa
（5-8）
m2 2
2(m2 1)
式中 m——波速比，m=vP/vs。
（5-9）
17
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；
11
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。 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；
（5-17） （5-18）
21
Vs
VR s
s 0.817 1.12
（5-19） （5-20）
22
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。
23
讨论
1．理解动力触探试验的工作机理。 2．何为有效锤击能量？ 3．动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯适用
个测试深度的压缩波波速及剪切波波速，应按下列公式计算
19
20
3. 面波法
vP
S TP2 TP1
vs
S Ts2 Ts1
S=S2-S1
瑞利波波速应按下式计算：
（5-13） （5-14） （5-15）
VR
2fL
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
Ed2(1)Vs2
于什么样的地层条件？ 4．用动力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参数和
地基承载力？ 5．动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产生此
种效应？ 6．动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数~深度
5波速测试
第5章 内 容
5.1 试验设备和方法 5.2 基本测试原理 5.3 试验成Biblioteka 的整理分析 5.4 试验成果的应用
讨论
2
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。