波速測(cè)試技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

周 青

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九0 二地質(zhì)大隊(duì)，江西 新余 338000）

巖石結(jié)構(gòu)分析是土木工程測(cè)量不可或缺的組成部分。地質(zhì)工程研究的發(fā)展使得測(cè)試技術(shù)的要求越來(lái)越高。探測(cè)技術(shù)需要對(duì)整個(gè)巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的分析和研究，才能達(dá)到探測(cè)目的。波浪檢測(cè)技術(shù)是一種在準(zhǔn)確的地形情況檢測(cè)中注意到的更快、更簡(jiǎn)單的技術(shù)。波浪檢測(cè)技術(shù)是一種將巖石內(nèi)部結(jié)果的動(dòng)力學(xué)或地形開(kāi)發(fā)與波浪速度相結(jié)合的技術(shù)，用于檢測(cè)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)彈性模量等動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化，柔性波浪在巖石上傳播的速度各不相同。

1 巖土勘察工程概述

巖土工程勘察是工程項(xiàng)目建設(shè)的一個(gè)基本組成部分，地位極為關(guān)鍵。工程項(xiàng)目能否順利開(kāi)展與巖土工程勘察質(zhì)量密切相關(guān)。所以巖土工程勘察質(zhì)量應(yīng)該引起高度重視，嚴(yán)格控制。施工單位以項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)對(duì)施工場(chǎng)地及其附近施工環(huán)境、巖土構(gòu)成及地質(zhì)條件進(jìn)行全面查找分析、評(píng)價(jià)編制，這就是巖土勘察工程。巖土勘察工程是大型建設(shè)項(xiàng)目的必經(jīng)環(huán)節(jié)，比如岸邊工程、管道的鋪設(shè)等均如此。施工區(qū)域內(nèi)土壤采樣勘察、室內(nèi)或原位測(cè)試、場(chǎng)地地質(zhì)類(lèi)型的調(diào)查和測(cè)繪等均為巖土工程勘察的基本內(nèi)容。

2 概述波速測(cè)試的相關(guān)技術(shù)

2.1 基本的原理

波速測(cè)試技術(shù)在巖土工程勘察中的具體應(yīng)用原理：以波速為主要依據(jù)，分析了巖土工程中地基土的物理性質(zhì)，這種勘察方法的技術(shù)在巖土工程勘察中是比較先進(jìn)的。波速測(cè)量技術(shù)有多種，包括：Riley 波技術(shù)、橫波技術(shù)和壓縮波技術(shù)等。根據(jù)波速試驗(yàn)結(jié)果，可以使巖土工程類(lèi)型的具體分類(lèi)的完成得到實(shí)現(xiàn)。在設(shè)置動(dòng)力參數(shù)方面，需要詳細(xì)分析阻尼、壓縮、剪切剛度等參數(shù)。同時(shí)，將波速測(cè)試技術(shù)應(yīng)用于巖土工程勘察中，可以非常準(zhǔn)確地反映地震參數(shù)，如特定的動(dòng)剪切剛度和阻尼比等。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以判斷巖土工程土中是否存在液化現(xiàn)象，進(jìn)而按照試驗(yàn)結(jié)果判別巖土的周期，從而保證施工現(xiàn)場(chǎng)巖土工程的劃分更加科學(xué)合理。波速測(cè)試結(jié)果有多種計(jì)算方法：如固體介質(zhì)受外力的影響，則會(huì)產(chǎn)生固體介質(zhì)之應(yīng)變技能。當(dāng)消失了這種沖擊力時(shí)，平衡關(guān)系不會(huì)在外力沖擊與應(yīng)變間形成，彈性波的產(chǎn)生是必然的，并逐漸從固體介質(zhì)轉(zhuǎn)移到周?chē)恢?。彈性波之組成的復(fù)雜性不言而喻，更常見(jiàn)的是：表面波和體積波等。一般情形中，在巖石和土壤表面實(shí)現(xiàn)面波傳播，可以細(xì)分為瑞雷波和相應(yīng)的拉爾夫波。此外，體積波可細(xì)分為壓縮波和相應(yīng)的橫波。在同一固體介質(zhì)中，不同波的傳播模式不同，傳播特性和傳播速度也有差異。在計(jì)算波速的過(guò)程中，必須根據(jù)具體的波速進(jìn)行計(jì)算。

2.2 波速測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

波長(zhǎng)測(cè)試技術(shù)是一種平面勘探技術(shù)，它不僅能確保波測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且有助于解決各種地質(zhì)問(wèn)題。因此，今天需要在土木工程研究中廣泛開(kāi)展研究，例如b .在計(jì)算技術(shù)參數(shù)、計(jì)算場(chǎng)地地面力等方面，切削速度試驗(yàn)方法在試驗(yàn)方法、試驗(yàn)成本、分辨率等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。各種方法的存在使得在水利、建筑、石油、金屬工程等領(lǐng)域的土木工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用。發(fā)揮作用。到目前為止，我們已將切削速度測(cè)試方法作為地下工程方法研究的標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)具體測(cè)試方法提出明確要求，這些方法在我國(guó)土地機(jī)械研究中可以很好地應(yīng)用。

3 具體的測(cè)試方法

3.1 單孔檢層法檢測(cè)

圖1 單孔檢層法示意圖

單孔檢測(cè)層法首先在巖體中垂直鉆孔測(cè)試波浪，然后在垂直孔中測(cè)試波浪速度，如圖1 所示。測(cè)試分為四種主要類(lèi)型:在曲面上創(chuàng)建“拖動(dòng)”特征最常用的方法，以及在不常用的孔中接收“拖動(dòng)”和“孔”刀尖的方法。引入出口孔意味著探測(cè)器首先安裝在垂直井中，通過(guò)觸發(fā)地面將相應(yīng)的柔性波輸送到孔中，并從孔尖接收更多。柔性波浪通常用于分析地形情況，因?yàn)樗鼈兣c地面質(zhì)量相似，從下往上擴(kuò)散。局部源引發(fā)地震的方式各不相同，產(chǎn)生了形成垂直軸(p 軸)或剪切軸(s 軸)的不同波形。形成p 軸的條件是地震的震源在孔中垂直啟動(dòng)，而形成s 軸的條件是地震的震源在孔中以相反的方向觸發(fā)。p 軸和s 軸的區(qū)別在于p 軸首先傳輸速度比s 軸快。第二，當(dāng)孔深度增加時(shí)，p 波振幅逐漸減小，頻率增加，而s 波則相反，振幅增加，頻率降低。當(dāng)震源水平觸發(fā)地震時(shí)，p 波相位基本不變，s 波相位向相反方向變化。因此，由于上述特征，p 波和s 波可以輕松快速地區(qū)別開(kāi)來(lái)。

表1 承載力和剪切波速關(guān)系圖

3.2 跨孔法

跨孔法是在現(xiàn)場(chǎng)取兩個(gè)平行的鉆孔，將振動(dòng)源設(shè)置在一個(gè)孔的不同深度，并將檢波器放置在另一個(gè)鉆孔的對(duì)應(yīng)深度處。測(cè)量的波速是兩個(gè)孔間的地層傳播速度。該方法特別適用于均勻土層，并常用于場(chǎng)地條件的多層地層。振動(dòng)源孔與檢測(cè)孔應(yīng)平行。當(dāng)測(cè)試孔深度超過(guò)15m 時(shí)，應(yīng)測(cè)量各測(cè)試孔的傾角和傾斜方位，0.1°的測(cè)量精度要保持，以對(duì)不同深度的孔距進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。測(cè)試孔的平面布置可以是兩個(gè)孔，也可以是多邊形，即一個(gè)孔激發(fā)和多孔接收以進(jìn)行檢核。為了消除振動(dòng)源裝置和波傳播路徑的影響，每組使用3 個(gè)鉆孔，布置在一條直線上。鉆孔間距的確定應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)精度、振源容量、土層均勻性等來(lái)定?？拙嘣谕翆又羞m合為2m～5m，巖層為8m～15m。當(dāng)土層厚且均勻，有較大的振動(dòng)源能量時(shí)，可適當(dāng)增大間距。布置鉆孔測(cè)量點(diǎn)要對(duì)地層情況予以考慮。根據(jù)地層分布的等距排列，測(cè)點(diǎn)垂直間距為1m～2m。為了減少折射波的干擾，應(yīng)在軟、硬土層交界處的硬地層中設(shè)置測(cè)點(diǎn)，并在孔板下方孔距的0.4 倍處布置地表附近測(cè)點(diǎn)的深度。

3.3 面波測(cè)試

由于地面時(shí)間不同，表現(xiàn)形式不同，地面的表現(xiàn)形式不同，速度和密度變化也不同，地震研究得到了地面復(fù)蓋阻抗原因、防風(fēng)罩等方面的信息。調(diào)查運(yùn)動(dòng)在物質(zhì)環(huán)境下為地震勘探提供了良好的抗震基礎(chǔ)。為了提高技術(shù)分析的準(zhǔn)確性和有效性，根據(jù)各自地區(qū)的具體情況，在研究前進(jìn)行了反射率飛行任務(wù)、折射冰飛行任務(wù)和面波研究方法。由于該地區(qū)具有深厚的耐震界面，地面差異較大，現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，解釋反射率測(cè)量數(shù)據(jù)具有重要意義，草莓越冬方法已過(guò)時(shí)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的對(duì)比研究，巖石抗震斷裂的研究方法也不理想。最后，也是景觀地震波研究的更好方法。該試驗(yàn)裝置采用集成的高分辨率數(shù)字地震實(shí)現(xiàn)geo geonse 2404d模型的瞬時(shí)浮點(diǎn)。該測(cè)試基于一個(gè)24磅沖擊源的共振瞬態(tài)振動(dòng)力矩。該裝置的主要技術(shù)規(guī)范和操作參數(shù)為:1.0m、24通道/管道的探測(cè)測(cè)量；儀器的記錄長(zhǎng)度設(shè)置為1024-2048個(gè)采樣點(diǎn)，采樣間隔為0.5ms～0.2ms，動(dòng)態(tài)范圍大于120dB，瞬時(shí)浮點(diǎn)，信號(hào)分辨率為20位。

4 波速檢測(cè)技術(shù)在巖土勘察中的具體應(yīng)用

4.1 對(duì)工程場(chǎng)地類(lèi)型、地層類(lèi)型、卓越周期進(jìn)行判別

工地類(lèi)型的決定必須按照沖擊阻尼規(guī)范進(jìn)行。對(duì)測(cè)量波長(zhǎng)為205 或的孔進(jìn)行鉆孔，然后進(jìn)行s 波濾波。206m/s，保護(hù)層深度為28 或。29m，通過(guò)將上述數(shù)據(jù)劃分為建筑類(lèi)別2 或軟土土層而占用。在確定作業(yè)周期時(shí)，將使用相關(guān)的計(jì)算方法計(jì)算站點(diǎn)周期。當(dāng)實(shí)際測(cè)量?jī)蓚€(gè)孔時(shí)，測(cè)量主動(dòng)脈瓣，實(shí)際測(cè)量的精確循環(huán)和上述公式產(chǎn)生較高濃度。為此，應(yīng)用波長(zhǎng)島檢測(cè)法確定建筑物場(chǎng)地類(lèi)型和土層非常準(zhǔn)確。

4.2 巖石的估計(jì)承載力

一般而言，承載力和剪切速率之間的連接(如表1所示)由巖石的基本類(lèi)型和剪切速率組成。采用剪切波法改造上述力場(chǎng)以估計(jì)土體承載力的情況也是如此。以206m/s的剪切速率運(yùn)行。203m/s在兩個(gè)鉆井上可以發(fā)現(xiàn)巖石的技術(shù)負(fù)荷在14至16 t/ m2之間。

4.3 判別砂性土中的地震液化勢(shì)

在評(píng)估砂土地震流動(dòng)性時(shí)，必須通過(guò)測(cè)定15m 深施工區(qū)巖石的地震流動(dòng)性來(lái)確定地震的基本強(qiáng)度。評(píng)估過(guò)程必須符合國(guó)家規(guī)范和條例。剪切速率值隨后根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算，如果公式計(jì)算的值小于實(shí)際測(cè)量值，則砂層不會(huì)液化。在所有構(gòu)造塊中，石榴石層的主要原因是在ca 范圍內(nèi)。5m～9 m 表示粉紅色區(qū)域中的孔深度，剪切速率限制在116 m/ s～142 m/ s 之間，剪切體的實(shí)際測(cè)量值為171 m/ s～177 m/ s，因此該區(qū)域中的沙子部分是水動(dòng)力的，而孔的其馀部分則表示為非液體。從上述分析中可以看出，如果建筑結(jié)構(gòu)的深度為14m，實(shí)際測(cè)量到的剪力墻小于閾值，在這種情況下可以檢測(cè)到液體土層的一部分。如果層的剪切波測(cè)量值大于閾值，則可以看到該范圍內(nèi)的層聲音不液化。

5 注意事項(xiàng)

巖土工程勘察中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)。

（1）為了提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要高質(zhì)量的信號(hào)，試驗(yàn)人員必須合理利用疊加和改進(jìn)技術(shù)，保證信號(hào)質(zhì)量。

（2）測(cè)試儀必須更好地識(shí)別壓縮和剪切波。當(dāng)觸發(fā)板的兩端水平對(duì)齊時(shí)，剪切體相位的方向反轉(zhuǎn)，壓力波相位保持不變。到達(dá)井口后，壓力波頻率將發(fā)生變化，振幅將減小。但剪力墻幅度增大，頻率降低，這在試驗(yàn)中具有重要意義。

（3）在波浪試驗(yàn)中，最小試驗(yàn)深度應(yīng)盡可能大于孔與減振器板之間的距離，從而將平坦、快速土層橫截面的折射率限制在最低限度。尤其是當(dāng)場(chǎng)地瀝青或混凝土硬化時(shí)，振動(dòng)板的底部均勻地布滿粉或細(xì)砂。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著巖石工程規(guī)模逐漸增加，巖石工程質(zhì)量越來(lái)越受到關(guān)注。為了保證巖石工程可以順利進(jìn)行，在實(shí)際施工前，巖石的勘查工作十分重要。巖石種類(lèi)隨著地區(qū)的不同而不同，在勘查過(guò)程中，必須針對(duì)實(shí)際情況，采取合理的勘查技術(shù)對(duì)巖石進(jìn)行勘查，進(jìn)而保證勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性。在開(kāi)展巖土工程勘查工作中，波速檢測(cè)技術(shù)可以科學(xué)的、精確的對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以，波速檢測(cè)技術(shù)在巖土勘查工作中具有高度可行性。波速檢測(cè)技術(shù)在保證巖層安全施工具有十分重要的意義，值得深入的研究和廣泛的推廣，在開(kāi)展波速檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)定，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。