吳學(xué)廣

（貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司 貴州貴陽 550000）

1 引言

巖土體波速是重要的動力學(xué)指標(biāo)，也是場地分析與評價的基本參數(shù)之一，且只能通過現(xiàn)場測試獲得，故我國現(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范明確要求測試巖土體剪切波速，并規(guī)定了具體試驗方法，本文主要就波速測試在巖土工程勘察中的應(yīng)用展開了具體分析。

2 我國波速測試技術(shù)應(yīng)用情況

波速測試技術(shù)屬于是淺層地球物理勘探方法，通過原位測定壓縮波（P波）、剪切波（S波）在巖（土）體中的傳播速度，有效避免室內(nèi)測試所帶來的誤差。波速測試技術(shù)可為諸多地質(zhì)問題的分析提供可靠依據(jù)，如：確定場地土類型、建筑場地類別；提供斷層破碎帶、估算場地卓越周期及場地土承載力、評價巖（土）體質(zhì)量等；計算工程動力學(xué)參數(shù)，包括動剪切模量、動彈性模量等。

根據(jù)相關(guān)理論與實踐總結(jié)分析可知，波速測試具有簡便、快速、經(jīng)濟、準(zhǔn)確、分辨率高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于水利水電工程、石油工程、鐵路工程、冶金工程、工業(yè)與民用建筑等眾多巖土工程地質(zhì)治理領(lǐng)域，取得了良好的應(yīng)用效果。

3 巖土工程勘察中的兩種波速測試方法

3.1 單孔檢層法波速測試

單孔檢層法采用的方法為地面激振、孔中接收，在與孔口相距1～2m的位置，以重錘激發(fā)地震波，主要分為兩種敲擊方法：①水平敲擊，激發(fā)的是剪切波；②垂直敲擊，激發(fā)的是縱波。將三分量檢波器放置在孔內(nèi)，利用氣囊確保檢波器緊貼壁面，以1～2m間距由下至上的接收地震信號（圖1）。

在單孔法波速測試中，激振點與孔口存在一定距離，由此波傳播距離實際上是一斜距l(xiāng)，由此必須對波在個地層水質(zhì)向上傳播時間開展斜距矯正，具體計算簡圖見圖2，圖中hi、vi、zi分別是地層第i層厚度、波速、層底深度，ti是波沿斜距l(xiāng)的歷時。

圖1 單孔法波速測試示意圖

3.2 跨孔法波速測試

跨孔法采用的方法為一個鉆孔內(nèi)激發(fā)、另一個鉆孔內(nèi)接收，要求震源、接收檢波器均維持同一標(biāo)高，按相同步距上升/下降，主要分為兩種震源：①縱波測試以電火花為震源；②壓縮波測試以剪切錘為震源，由下而上開展測試工作（圖3）。根據(jù)每個測點激發(fā)孔與接收孔間距以及縱、橫波旅行時差對縱、橫波速度進行計算。

4 實例探析波速測試方法的應(yīng)用

4.1 工程概況

本文僅以某住宅小區(qū)項目為例分析了波速測試在巖土工程勘察中的應(yīng)用情況，此小區(qū)共計分為4個地塊，本次勘察對象為1～3地塊。此小區(qū)擬建17幢高層住宅，地上18層，框剪結(jié)構(gòu)；7幢幼兒園、會所及商業(yè)配套用房，低層建筑，框架結(jié)構(gòu)；地下1層，為地下車庫，底板埋深-4.50m，設(shè)計室外地面標(biāo)高53.00m。

4.2 水文、地質(zhì)條件

圖2 單孔法波速計算簡圖

圖3 跨孔法波速測試示意圖

本項目擬建場地主要是耕地，地形整體平緩，稍有西高東低、南高北低趨勢，地層至上而下包括：填土、耕土、粉質(zhì)粘土、中細砂、卵石、強風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖。場地地下水埋藏較淺，以孔隙型潛水為主，水量較為豐富，賦存在中細砂、卵石強透水層中，其余底層均是弱～中等透水層，水量貧乏。地下水位變化主要受大氣降水、徑流影響，根據(jù)相關(guān)水文資料分析可得，其對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋存在微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)存在弱腐蝕性。

4.3 測試方法

4.3.1 單孔波速測試

本工程采用單孔波速測試方法，選用CE-9201工程地震檢測儀、孔內(nèi)三分量檢波器進行檢測。將三分量檢波器放至孔底，固定檢波器，確保其與孔壁緊貼。地面上以錘水平敲擊木板兩端，產(chǎn)生的剪切波經(jīng)地層傳播至測試點，孔內(nèi)水平檢波器接收橫波信號，經(jīng)電纜送入地震儀進行放大、儲存、記錄。本次測試孔深9.9～13.9m，由下而上每隔1m測試，地層界面處加密至每隔0.5m進行測試，并重復(fù)測試。

4.3.2 資料處理與解釋

正、反敲擊木板兩端所得剪切波波形相位相差180°，由此可準(zhǔn)確分辨剪切波，并在不同界面點測定剪切波到達時間，求得各層波速值，本工程資料處理內(nèi)容包括：波的垂距走時計算、測點波速計算、分層波速計算、土層的等效剪切波速計算。本工程根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）（下文簡稱《抗規(guī)》）要求，共計布設(shè)有17個波速測試孔，根據(jù)《抗規(guī)》4.1.3條規(guī)定，覆蓋層土層等效剪切波速見表1、2。

表1 土的類型和剪切波速范圍

根據(jù)對工程場地的井中地震波速測試資料的處理和分析可知：該場地土層的等效剪切波速平均值為289.5m/s，根據(jù)《抗規(guī)》確定，該場地土類型定為中硬場地土；根據(jù)勘察資料，該場地覆蓋層厚度＞5m，結(jié)合場地剪切波速度試驗與規(guī)范要求，本建筑場地的類別為Ⅱ類建筑場地；根據(jù)該場地所處的地質(zhì)環(huán)境和井中地震波測試數(shù)據(jù)分析，在Ⅶ度地震烈度條件下，場地地層不會產(chǎn)生液化和震陷現(xiàn)象，由此為建筑相關(guān)設(shè)計提供可靠的地層動力資料。

表2 土層等效剪切波速

5 結(jié)語

綜上所述，波速測試是巖土工程勘察的常用方法，其具有施工效率高、資料處理快速方便及成本低的特點，可以為相關(guān)工程設(shè)計與評價工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。在實際測試作業(yè)中，測試人員應(yīng)全面掌握彈性波動力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和巖土力學(xué)等基礎(chǔ)知識，合理選擇測試儀器，做好測試中的每一步，準(zhǔn)確的計算出剪切波速值和其它動力學(xué)參數(shù)，做好測試資料的再解釋，全面提高巖土勘測的技術(shù)水平。