單孔檢層法波速測試技術(shù)在成都地區(qū)工程勘察中的應(yīng)用

王家興

成都市勘察測繪研究院 四川成都 610081

隨著社會的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)工程建設(shè)如火如荼，工程勘察作為的“先行者”在工程建設(shè)土中起到越來越重要的作用。在目前工程勘察過程中，常用試驗(yàn)方法有原位測試和室內(nèi)試驗(yàn)。相比室內(nèi)試驗(yàn)，原位測試技術(shù)更能反映巖土的宏觀結(jié)構(gòu)（如裂隙、孔隙等）、巖土原位初始應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史對巖土性質(zhì)的影響，從而在測試中得到更為準(zhǔn)確的巖土工程參數(shù)，在工程上有較廣泛的應(yīng)用。本文以單孔檢層法波測測試為例，利用波速測試成果為確定巖土體彈性參數(shù)、對場地類別進(jìn)行劃分、為場地抗震反應(yīng)分析等工程地質(zhì)評價(jià)及抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 測試原理

眾所周知，彈性波因其波動(dòng)位置不同可分為面波和體波，體波又因其傳播方向及振動(dòng)方向不同可分為剪切波和壓縮波。如圖1所示借助于具有觸發(fā)裝置的激振體對孔口位置的振源體進(jìn)行水平叩擊，三分置檢波器在鉛直鉆孔中接受，自上而下按地層劃分逐層進(jìn)行檢測，計(jì)算每一層的壓縮波或剪切波。根據(jù)激振方式的不同可以計(jì)算地層的壓縮波速和剪切波速。

圖1 單孔檢層法波速測試示意圖

2 波速測試過程

2.1 振源選擇

在巖土工程進(jìn)行勘察工作中，通過振源設(shè)備的合理選擇與應(yīng)用，可以讓剪切波振源具有更高的穩(wěn)定性，更好的重復(fù)性以及更大的能量。在工程實(shí)踐中多采用擊板法。

2.2 測試方法

在原位測試技術(shù)中，波速測試技術(shù)是至關(guān)重要的一個(gè)組成部分。具體檢測中，選擇的激振板參數(shù)是2＊0．3＊0．05m，放置位置在距離孔口1m 處，并用重物將木板壓住，再將模木板的兩端用錘子正反兩次敲擊，便可以在地層中形成剪切波，且形成的剪切波相位差剛好是180°，將三分置檢波器放置在鉆孔中用來對這種剪切波進(jìn)行接收，然后將相應(yīng)的信號傳遞給地震儀[1]。在接收到信號之后，地震儀將會對信號進(jìn)行收錄處理和放大處理，然后借助于計(jì)算機(jī)對信號進(jìn)行進(jìn)一步的處理，即可以分析出巖土工程參數(shù)。

2.3 測試資料的收集和解釋

首先，利用波速測試過程中正反兩次敲擊產(chǎn)生相差180°的剪切波的特性來準(zhǔn)確測定各個(gè)界面點(diǎn)上的剪切波到達(dá)時(shí)間，以此來計(jì)算出每一層界面的剪切波速值。其次，在對剪切波進(jìn)行垂距走時(shí)進(jìn)行計(jì)算的過程中，因?yàn)榧ぐl(fā)板和檢波器的鉆孔并不垂直，所以剪切波以及壓縮波的傳播路程是諧距。而在測試波距時(shí)，需要通過垂距走時(shí)來測定，這就需要對剪切波以及壓縮波進(jìn)行傳播路程的校核，其次，在對測點(diǎn)進(jìn)行波速計(jì)算時(shí)，應(yīng)將兩測點(diǎn)垂直時(shí)間差及其深度差作為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。最后，在對分層波速進(jìn)行計(jì)算的過程中，需要對時(shí)距曲線在各個(gè)斜率條件下的折射段進(jìn)行綜合考慮，然后再進(jìn)行波速計(jì)算[2]。

3 工程實(shí)例應(yīng)用分析

項(xiàng)目位于成都平原岷江水系一級階地，場地地層自上而下為雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂卵石層，場地地下水主要為賦存于人工填土中的上層滯水以及賦存于砂卵石層中的孔隙潛水。在對本次工程項(xiàng)目的巖土勘察中，將三分量檢波器的測試孔深度設(shè)置為20．3～25．5m，每兩個(gè)測試點(diǎn)間距控制在0．5-1．0m。

3.1 估算場地卓越周期及等效剪切波速

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016 版）中的相關(guān)規(guī)定對本項(xiàng)目8 棟主樓進(jìn)行波速測試，每棟設(shè)置1 個(gè)單孔測試，均采用層檢法測試，本次剪切波測試所獲得的參數(shù)：

表1 本次單孔層檢法波測試所獲得的參數(shù)

由上表可知，場地土的等效剪切波速為295～398m/s，平均值334 m/s，其范圍在250-500m/s 之間，屬中硬土；覆蓋層厚度大于5．0m，場地為II 類建筑場地。場地的卓越周期為0．20-0．27s。

3.2 計(jì)算巖土彈性參數(shù)

土層的動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量、泊松比等動(dòng)力參數(shù)均與其剪切波速密切相關(guān)，根據(jù)波速測試所得剪切波速、壓縮波速值及巖土體密度可以得到相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)[3]。場地各地層的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，按下式計(jì)算：

本項(xiàng)目采用單孔層檢法波速測試所得剪切波速、壓縮波速值及計(jì)算相關(guān)動(dòng)力參數(shù)如下表：

表2 本次單孔層檢法波測試所獲得的動(dòng)力參數(shù)

4 結(jié)語

綜上所述，在對巖土工程勘察過程中，通過對單孔層檢法波速測試技術(shù)的合理應(yīng)用，可以獲取到精準(zhǔn)的測試結(jié)果，進(jìn)而為設(shè)計(jì)單位的后續(xù)設(shè)計(jì)工作提供科學(xué)合理的參考。因此，在類似的巖土工作中應(yīng)注重單孔層檢法波速測試技術(shù)的合理應(yīng)用，使其技術(shù)優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，以此來保障工程質(zhì)量，提升工程安全性。