■謝為江 ■江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029

1 波速測試技術(shù)簡介

(1)工作原理。在波速檢測技術(shù)中常用的是單孔檢層法，另一種跨孔法由于檢測比較繁瑣，因此很少采用。單孔檢層法需要垂直方向鉆一個孔，然后在這個孔中進(jìn)行測試，測試方法分為很多種，最常用的是地表激發(fā)孔中接收法，其他的如孔中激發(fā)地表接收法、孔底法都不經(jīng)常被采用。通常采用地表激發(fā)孔中接收法進(jìn)行實(shí)際測量，從地面激發(fā)產(chǎn)生的彈性波，再由孔內(nèi)的檢波器接收。因?yàn)檫@種波的傳播途徑和天然地層的巖土由下向上的傳播相似，因此采用這用方法對地層進(jìn)行分析。當(dāng)?shù)孛嬲鹪催M(jìn)行正反向激發(fā)時，產(chǎn)生的是S 波，在孔口附近垂直激發(fā)時，產(chǎn)生的是P 波，S 波和P 波具有不同的特征。第一，P 波比S 波的傳播速度快;第二，越往鉆孔的深處，P 波振幅越小，頻率越高，S 波與之相反，振幅大，頻率低;第三，在進(jìn)行水平激發(fā)時，P 波相位不變，而S 波反向。根據(jù)以上特點(diǎn)，可以很清楚的將兩種波區(qū)分開。

(2)測試方法。在進(jìn)行現(xiàn)場測試時，首先要做好準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備好激振板，將場地收拾平整，然后將激振板置于距井口大約1.5 米處，注意要使木板的中垂線與井口的中心吻合。為了使木板與地面緊密接觸，要在木板上壓上重物，這樣能夠使測量結(jié)果更加精確。準(zhǔn)備工作做完之后，敲擊木板兩側(cè)，以激發(fā)S 波，多敲擊幾次以得到清晰的S 波，之后垂直敲擊鐵板，獲得P 波。將檢波器置于孔中，不要太淺，要有一定的深度，接收震源的彈性波信號，并將信號傳輸給地震儀，地震儀會自動記錄數(shù)據(jù)并儲存，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。在進(jìn)行測量時要注意以下問題。首先，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行地質(zhì)分層，測量點(diǎn)布置的不要太密，也不要太疏，大概1 到3 米布置一個，測量時要按照自下而上的順序。其次，在S 波測試時，要沿著木板的縱軸方向擊打木板的兩端，產(chǎn)生極性相反的兩組S 波。再次，在進(jìn)行P 波測試時，采用擊打金屬板的方式，如果這種方式產(chǎn)生的激振能量不足的話，可改用落錘或者爆炸的方式。最后，所有的測試不能只進(jìn)行一次，要對部分測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測量，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 應(yīng)用實(shí)例

(1)判別地層類型、場地類型和卓越周期。以某電排站的改建為例進(jìn)行介紹，該電排站位于鄱陽湖附近，對場地的地層進(jìn)行勘察得知，最上面的為素填土、粉砂、粉土，再往下是淤泥質(zhì)粉質(zhì)的黏土、粉質(zhì)的黏土，最下面是強(qiáng)風(fēng)化云母片巖石。為了建成抗震級數(shù)較大的電排站，采用波速測試的方法，首先判斷場地的地層類型、場地的類型等。采用單孔檢層法，根據(jù)建筑抗震的設(shè)計規(guī)范，對場地的類型進(jìn)行判斷。首先鉆兩個孔，測得它們的S 波波速分別為206 米/秒、203 米/秒，相對應(yīng)的覆蓋層厚度為28 米和30 米，根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷出此電排站場地的地層類型為中軟土，場地類別是Ⅱ，根據(jù)計算公式確定場地的卓越周期分別是0.3883 秒和0.3941 秒。而對兩個孔進(jìn)行實(shí)地測量，采用地脈動法所得結(jié)果分別為0.3867 秒和0.3927 秒，實(shí)際測量結(jié)果與由公式計算的結(jié)果相比較，結(jié)果相差不多，數(shù)據(jù)比較吻合。由此可知，根據(jù)這種方法來確定的地層類型，場地類型和卓越周期是準(zhǔn)確有效的。

(2)采用波速法計算巖土的工程動力參數(shù)。根據(jù)實(shí)地測量的S 波和P 波的彈性波速，利用相應(yīng)的公式即可計算巖土的工程動力參數(shù)。類似于如下的公式:

其中μ 表示泊松比，VP壓縮波速度，VS表示剪切波速度，單位均為米/秒。上述電排站的工程，要對其抗震的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，利用波速法測定各地層的彈性參數(shù)。根據(jù)單孔檢層法測量的數(shù)據(jù)如下:全風(fēng)化云母片的測試深度為3.5 米，剪切波的平均速度為337 米/秒，壓縮波的平均速度為686 米/秒;強(qiáng)風(fēng)化云母片的測試深度為12 米，剪切波的平均速度為646 米/秒，壓縮波的平均速度為1279 米/秒;中風(fēng)化云母片的測試深度為20 米，剪切波的平均速度為1330 米/秒，壓縮波的平均速度為2500 米/秒;微風(fēng)化云母片的測試深度為25 米，剪切波的平均速度為1868 米/秒，壓縮波的平均速度為3320 米/秒;未風(fēng)化云母片的測試深度為30 米，剪切波的平均速度為2442 米/秒，壓縮波的平均速度為4130 米/秒。由以上數(shù)據(jù)即可計算出巖土的彈性動力參數(shù)。

(3)巖土承載力基本值的估算。在這個項(xiàng)目中計算巖土承載力基本值的使用的是剪切波速法。通過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出巖土的承載力基本值與剪切波速值存在一定的比例關(guān)系。淤泥巖土層的剪切波速值為60～80 米/秒，對應(yīng)的承載力基本值在3～4t/m2;巖土為淤泥質(zhì)軟弱土的剪切波速值為100～130 米/秒，它對應(yīng)的承載力基本值為7～9t/m2;軟塑粉質(zhì)粘土、粉土和松散砂組成的巖石的剪切波速值為140～180，其對應(yīng)的承載力基本值在9～12 范圍內(nèi);軟塑粉質(zhì)粘土和稍密中細(xì)沙的巖土中的剪切波速值為200～220，巖土對應(yīng)的承載力在14～16之間;硬塑粉質(zhì)粘土和中密中粗砂組成的巖土中的剪切波速值為250～280，承載力基本值為18～21;硬塑粉質(zhì)粘土、密實(shí)中粗紗、礫砂軟質(zhì)巖全風(fēng)化層構(gòu)成的巖土中的剪切波速值為300～360，對應(yīng)的承載力基本值為24～28;由密實(shí)中粗礫砂、礫砂、全風(fēng)化巖硬質(zhì)巖全風(fēng)化層的巖土層中的剪切波速值為400～450，對應(yīng)的承載力基本值為24～28;最后，強(qiáng)風(fēng)化巖的剪切波速值大于500，其對應(yīng)的剪切波速值大于40。

(4)砂性土的地震液化式判別。砂性土的地震液化式的判別是根據(jù)地震的基本烈度Ⅶ判定，對場地在15 米的深度范圍之內(nèi)的砂性土巖層進(jìn)行判別。其中判別的過程是根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)號規(guī)范來確定。并通過標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計算臨界剪切波速值，當(dāng)場地砂性土層的剪切波速的實(shí)測值大于由公式計算所得的剪切波速的臨界值時，就判定砂性土層不液化。

通過對這個項(xiàng)目的場地進(jìn)行實(shí)地的考察和分析，通過上文的判別方式對項(xiàng)目的砂性土層進(jìn)行判別。得出孔深在5.0～8.7 范圍內(nèi)的巖性土層為粉砂，剪切波速值的實(shí)測值為170～176，臨界值在115～143范圍內(nèi)，所以液化式的判別結(jié)果為部分液化，其余孔深判定為不液化。所以通過判定，在場地的15 米深度的范圍內(nèi)，粉砂層的剪切波速值的實(shí)測值小于臨界值，所以為部分液化土層;粉土層的剪切波速值的實(shí)測值均大于臨界值，所以判定為不液化土層。

3 總結(jié)

通過以上實(shí)例可以看出波速檢測法，尤其是單孔檢層法操作簡單，工作效率高，在巖土勘探方面得到了廣泛的應(yīng)用，在測試的過程中注意測試儀器和震源方式的選擇，從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

［1］周昌賢，鄭邵鵬.波速測試在工程場地判別的應(yīng)用［J］.價值工程，2012，31(26):51 -52.