单孔剪切波测试的原理及注意事项

2021年0引言软土作为一种特殊性的岩土体，在天然状态下，具有高含水量、高液塑限、高孔隙比、高灵敏度、高压缩性和低抗剪强度等特点，在受到外荷载作用下，产生侧向挤出、大变形、剪切位移、流塑滑塌等，不能直接作为地基基础，需采取各种加固措施提高其力学和形变特性，如采用高压旋喷桩、三轴搅拌桩、CFG桩等[1-2]。

因此，对软土地基加固效果的评价成为工程建设中重要工作内容[3]。

目前，在我国现行的国家规范中，对软土地基加固前后的效果评价手段主要为原位测试技术方法，如载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、十字板剪切试验和波速试验等[4]。

大量的研究表明[5-8]，波速试验具有测试精度高、大面积测试、测试点密集、费用低、测试高效等优点，在地基加固检测与评价中具有明显优势。

欧阳锋等[9]结合路基沉降实例，采用瑞利面波方法对注浆效果进行检测；戴天等[10]采用瑞利波方法反演剪切波波速对强夯、柱锤冲扩桩、挤密砂桩的加固效果进行比较；岳向红等[11]人通过综合原位测试方法在厦门环东海域填海造地软土加固中的应用，对比了瑞利面波与标准贯入试验和重型动力触探试验的检测效果。

由此可知，目前对波速测试的研究主要集中在瑞利面波的方法上，而对于剪切波速方法的研究较少。

瑞利面波的传播特性表明其只在地表岩土-空气界面中传播，传播深度较浅，其次，采集的瑞利面波数据最终还是要采用反演的方式计算成剪切波波速。

采用剪切波测试技术可以直接对深层加固体的剪切波速度进行测试及避免了由于换算带来的各种精度问题。

1剪切波波速评价地基加固效果的基本原理及方法1.1剪切波波速评价地基加固效果的基本原理在表征土体力学和变形特征的参数中，压缩模量E s是最为重要的参数之一，在工程设计和计算模拟时，是不可或缺的输入参数。

因此，采用剪切波波速评价加固前后土体的力学和形变性能，最终是通过剪切波波速计算为压缩模量E s进行定量分析。

地震波在岩土体中传播时，主要分为两种波：沿着地表与空气界面中传播的面波，沿着地质体内部传播的体波。

孔内剪切波速测试孔内剪切波速测试是一种用于测量材料内部剪切波速的非破坏性测试方法。

它可以用于评估材料的弹性性能和结构完整性，广泛应用于土木工程、地质勘探、岩石力学等领域。

孔内剪切波速测试是通过在被测材料内部钻取孔洞，并通过特定仪器测量孔洞内剪切波的传播时间来得到材料的剪切波速。

这种测试方法的原理基于剪切波在材料内部传播的速度与材料的物理性质有关。

材料的密度、弹性模量以及孔洞的大小和形状等因素都会影响剪切波的传播速度。

在进行孔内剪切波速测试之前，需要先在被测材料内部钻取孔洞。

通常使用的钻孔工具有钻孔机、钻杆和钻头等。

选择合适的钻孔工具和参数可以确保钻孔的准确性和稳定性。

钻孔的位置和数量也需要根据具体测试要求进行确定。

完成钻孔后，需要使用专门的测试设备进行孔内剪切波速测试。

这种测试设备通常由传感器、数据采集系统和计算机分析软件组成。

传感器用于接收和记录孔内剪切波的信号，数据采集系统用于将信号转化为数字信号并传输给计算机，计算机分析软件则用于处理和分析采集到的数据。

在进行孔内剪切波速测试时，需要注意以下几点。

首先，确保测试设备的稳定性和准确性，避免因设备问题导致测试结果不准确。

其次，钻孔的位置和数量需要合理选择，以保证测试结果的可靠性。

此外，测试过程中需要注意保护测试设备和被测材料，避免二者受到损坏。

孔内剪切波速测试的结果可以用于评估被测材料的弹性性能和结构完整性。

根据测试结果，可以计算出材料的剪切模量和剪切强度等参数，进而评估材料的力学性能和工程可用性。

此外，孔内剪切波速测试还可以用于检测材料的缺陷和损伤，帮助及早发现并修复问题，提高工程的安全性和可靠性。

孔内剪切波速测试是一种重要的非破坏性测试方法，可用于评估材料的弹性性能和结构完整性。

通过钻取孔洞并测量孔洞内剪切波的传播时间，可以得到材料的剪切波速，并根据此结果评估材料的力学性能和工程可用性。

这种测试方法在土木工程、地质勘探、岩石力学等领域具有广泛的应用前景。

试件制备
正确选择、切取试件，并做好表面处理。
测试方案销售
通过设备前端面板输入测试参数和设备 信息，启动测试程序。
实验室设备与仪器
信号发生器
用于产生剪切波信号。
接收器
接收剪切波信号，并将其转换成电信号。
振动台
产生对试样施加的相应剪切应力。
滤波器
根据需要了滤波处理收到的信号。
样本准备与测试方法
试样制备
规定严格的实验操作过程，确保测试结果真实可靠。
剪切波测试的原理
波动方程
剪切波为弹性波，传播时满足波 动方程。
牛顿定律
剪切波是由剪切应力引起的，满 足牛顿第二定律。
动态应力
剪切波通过传递动态应力来进行 直接检测。
剪切波测试的步骤
1
设备安装
Байду номын сангаас
2
先进行传感器配置，再用设备将试件夹
紧。
3
数据处理
4
获得准确的测试结果，并进行数据处理 以得到必要的信息。
在测试前应校正仪器，调 整设备，以及进行试验数 据有效性的测算和分析。
总结与展望
总结
规范的剪切波测试保障了测试的精确性、可靠性和 可比性，是材料检验的重要手段和技术。
展望
随着现代科技的不断发展，剪切波测试中新的设备、 仪器和方法将不断诞生，并将应用到更广泛的领域 和行业中。
剪切波测试规范
欢迎来到本次剪切波测试规范课件。通过本次课件，您将学习到剪切波测试 的原理、步骤、实验室设备与仪器、样本准备与测试方法、常见的测试问题 与解决方法，以及总结与展望。
规范的意义
提高测试准确性
规范操作流程，减小测试误差。
确保数据可比性

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5、测剪切波时，锤击力要尽 量保持水平。锤击要干净利索， 避免二次或多次击打。
6、每次放下或提升探头到一 个新深度应保留十几秒钟后再测 ，这样可避免泥浆扰动干扰。
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7、在探头上要配接吃力拉绳 。根据经验，最好是细钢丝绳， 细钢丝绳伸缩性小，抗拉性强， 不宜缠绕。
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10、测有套管的钻孔，要避免 钢丝绳与套管直接接触。
11、测量时如遇塌孔卡探头， 在人力拉不动的情况下，最好将 钻机用不带钻头的钻杆放到合适 深度，用冲洗的方法慢慢的提升 ，这样可保住探头。
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12、采集完数据后要存盘。 进行下个工地剪切波测试前，最 好把之前数据删除，避免由于主 机存储空间不够导致测试无法继 续。
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第一节 单孔波速测试的原理
单孔波速测试：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 ），剪切波的垂直分量为SV波，水平分量为 SH波。在地层表面传播的面波分为瑞利波（ R波）和乐夫波（L波），他们在介质中传播 的速度和特性各不相同。由震源产生压缩波
和剪切波，经过土层，由孔中的三分量检波
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弹臂式井中三分量检波器
通过电池给电磁 铁通电吸合杠杆，将 检波器放入钻孔中， 断开电池使杠杆弹开 与钻孔壁紧密接触藕 合。由于断开电池后 无法将杠杆再次吸合 ，因此采用这种检波 器只能选择从钻孔底 往钻孔口测试。
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3、信号采集仪器设备： WAVE2000场地震动测试仪
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第四章 WAVE2000测试软件操作
• 第一节 操作界面介绍 • 第二节 数据分析软件介绍

)21)(1()1(ννρν-+-=E v P )21)(1(νννλ-+=E )1(2ν+=EM 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 ρλM v 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。

波速测试适⽤于测定各类岩⼟体的波速，确定与波速有关的岩⼟参数，检验岩⼟加固与改良的效果。

可采⽤跨孔法、单孔法或⾯波法进⾏。

　(⼀)、试验⽅法 跨孔法波速测试的孔距在⼟层中宜为4m，在岩层中宜为8～15m。

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。

当孔深⼤于15m时，应进⾏钻孔倾斜度及倾斜⽅位的量测，量测深度间距宜为lm。

单孔法波速测试，试验孔应垂直，在距孔⼝1.0～3.Om处，放置⼀长度为2～3m的混凝⼟板或⽊板，上压约500kg重物，⽤锤沿板纵轴从两个相反⽅向⽔平敲击板端，产⽣⽔平剪切波，将检波器固定在孔内不同深度处接收剪切波。

测试应⾃下⽽上进⾏，在⼀个试验深度上，应重复试验多次，保证试验质量。

⾯波法波速测试，测定不同激振频率下瑞利波的波长。

可得地表以下⼀个波长深度范围内⼟的平均波速(瑞利波或剪切波)。

⾯波法适⽤于地质条件简单、波速⾼的⼟层下伏波速低的⼟层的场地，测试深度不⼤。

当激振频率⼤于20-30Hz，测试深度⼩于3-5m。

【概念】横波(S波)：传播⽅向垂直质点振动⽅向，只引起旋转，不引起缩账的波。

⼜称剪切波。

纵波(P波)：传播⽅与质点振动⽅向⼀致，只引起缩账，不引起旋转的波。

⼜称初⾄波。

瑞利波(R波)：是在半⽆限弹性介质表⾯⼀定范围出现的另⼀种弹性波。

(⼆)、波速试验成果分析 1 在波形记录上识别压缩波和第⼀个剪切波的初⾄时间。

2 根据压缩波和剪切波的传播时间和距离，确定压缩波与剪切波的波速。

3 确定地层⼩应变的剪切模量、弹性模量、泊松⽐和动刚度。

Vs=(G/ρ)1/2 Vp=[(λ+2G)/ ρ]1/2 VR=[(0.87+1.12µ)/(1+µ)]Vs G=[E/2(1+µ)] λ=µE/[(1+µ)(1-2µ)] 式中： Vs、Vp、VR-分别为剪切波速、压缩波速和瑞利波速; G-⼟的剪切模量; µ-⼟的泊松⽐; E-⼟的弹性模量; λ-⼟的阻尼⽐; ρ-⼟的密度。

XXX城区地震小区划场地工程地震条件勘察剪切波速测试报告XXXXXXXX研究院有限公司二零壹八年五月一、前言受XXX有限责任公司委托，XXX研究院有限公司的相关工程技术人员于2018年4月20日赶赴XXX施工区，开始对“XXX城区地震小区划场地工程地震条件勘察工程”场地进行单孔剪切波速测试，2018年4月30结速野外测试工作。

该场地位于XXX城区内，根据场地条件及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）等有关规定，本场地共完成ZK1-ZK10共10个一般孔，PZ2#-PZ6#5个排钻孔（用于断层判定）进行了剪切波速测试工作，测试的目的是对勘察区场地土的类型及场地类别进行划分，以确定建筑抗震有利、不利和危险地段。

本项目工作技术要求：1、测定钻孔深范围内的土及基岩等效剪切波速；2、确定场地土类型及建筑场地类别。

二、检测设备、基本原理1、检测设备检测设备采用武汉建科科技有限公司制造的WAVE2000S场地振动测试仪，检测设备及现场联接见图1.图1 单孔波速测试示意图1-场地振动测试仪2-重物3-木板4-外触发传感器5-三分量控头6-探头信号传输线 7-外触发传感器信号线 8-钢丝绳（或尼龙绳）2、剪切波速及地脉动测试基本原理 单孔剪切波速法（检层法）测试基本原理；用木锤或适宜的铁锤分别水平敲击水平放置孔口的木板两端，地表产生的剪切波经地层传播，由孔内三分量检波器的水平向检波器接收SH 波信号，然后读取正、反两方向的实测波形，找出波形交叉点，读取初至波传播时间，进而计算出各测点（层）剪切波速值及其它相关参数。

土层的等效剪切波速，按下列公式计算；∑===ni sii se v d t t d V 10//式中 Vse ——土层等效剪切波速度；d 0——计算深度（m ），取覆盖层厚度和20m 二者的较小值； t ——剪切波在地面至计算深度之间转播时间； di ——计算深度范围内第i 层的厚度（m ）；Vsi ——计算深度范围内第i 层土的剪切波速（m/s ）； n ——计算深度范围内土层的分层数。

提高单孔法剪切波速测试精度的若干办法应用地球物理勘探方法，在钻孔中进行单孔法剪切波速测试，为各类建设工程的抗震设计提供相关参数和依据，越来越受到设计单位和工程界的普遍重视。

然而，剪切波速实际测试过程中，容易受到多方面的影响和干扰，如何提高剪切波速的测试精度，更好地识别和判读剪切波波形，是剪切波速测试中需要解决的问题，为此笔者建议采用如下方法逐步提高单孔法剪切波速的测试精度。

在选择测试仪器方面，应尽量选择专用剪切波速测试的仪器设备，因为这种专用仪器测量的针对性强，目标信号一般采用高信噪比电路设计，有利于识别剪切波信号。

专用剪切波测试仪器，一般采用同一触发条件下，正反两个方向获得振源波形，这种反向位波形有利于判读剪切波的初至时间。

对于用一些综合类仪器测试地层的剪切波，仪器放大器的放大倍数应大于2000；记录器要有较好的分辨能力，分辨率越高越好；触发器性能要稳定，灵敏度应达0.1ms；仪器采用多通道且相位特性一致，以利于识别波形和比对。

对于综合类仪器用于剪切波速测试，还应注意仪器本身各测量和记录系统的匹配，所反映出的测试效果就是看是否能准确的测试出或识别出剪切波。

在振源选择和接收方式上，简便易行的方法是地表激发，孔中接收。

这种方法较适合浅部钻孔（一般50米以内）的波速测试，而大部分建设工程的工程地质勘查都在这一深度内。

当选择地表激发，钻孔中用三分量检波器接收时，采用金属板（块）作为振源，敲击时可获得质量较好的纵波（P波），但一般剪切波信号（S波）不理想。

实际工作中常用木板敲击振源，这种振源简便可行且效果较好，板长一般为2～3m，宽度有利于上压重物，板厚应在锤击时不易打到木板边界。

实际工作中也可以利用同一触发条件下，采用金属板和木板两种材料的振源板分别敲击，分别获得P波和S波，以便清晰判读这两种波形。

当振源板采用木板时，木板的压重，应保证用锤侧向敲击时，木板不产生侧向滑移。

木板的放置位置，应距钻孔2～4m为好，不宜离钻孔太近，因为太近，产生的压缩波有可能掩盖剪切波。

波速测试报告
一、概况
我公司于2014年10月17日至12月16日对丽水阳光工程进行了现场波速测试，完成ZK35、ZK47、ZK55、ZK58、ZK67、ZK102号钻孔的场地土剪切波速测试工作。

单孔测试深度
20.0米，总计120.0m。

二、试验原理
本次波速测试采用检层法，即单孔法。

先由钻机成孔，然后在离孔口约1.5米的地面上铺设震源板，压上重物。

将自动弹匙贴壁式三分量波速探头下入到孔中不同试验深度（间距为1.0米），敲击震源板使之振动，接收波从震源传到试验深度处的时间，求出土层的剪切波速值。

三、试验设备
本次测试采用武汉岩海公司的 RS-1616K（P）动测仪，三分量波速探头，测绳，触发
器等。

四、成果资料
1、土层分布
根据勘察资料，自然地面下20m内各土层分布见下表：
2、各土层的剪切波速值
实测各孔的剪切波速Vs值见下表。

3、等效剪切波速
场地覆盖层等效剪切波速Vse=192.7～253.2m/s。

4、建筑场地类别
据调查，本区覆盖层厚度大于20m，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010)，建筑场地类别为Ⅱ类。

附剪切波软件分析附图。

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）。

单孔波速测试原理 及注意事项杨永波 2010.41、为什么要做单孔波速测试？天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具 有多层结构的非匀质土体，为了解地基土层的空间 分变化情况，提供与波速有关的岩土动力学参数、 计算土层的动剪模量剪切模量、了解地基的软弱地 层、 分析地基土的类型和建筑物场地类别，进行 地基土的地震反应计算等，必须使用波速测井这种 地球物理方法。

2、什么是单孔波速测试？单孔检层法，也称弹性波速度测井，是在 一个垂直钻孔中进行波速测试的一种方法。

按照震源和检波器在钻孔中所处的位置， ①地表激发孔中接收法 ②孔中激发地表接收法 ③孔中激发孔中接收法 ④孔底法 常用地表激发孔中接收法。

2、什么是单孔波速测试？一般情况下，通过三分量传感器测试场地的剪切 波（横波）和场地的压缩波（纵波）。

但由于场地土层的松散性和地下水位的影响， 压缩波比较难以测到，因此很多时候单孔波速测试 主要是测试剪切波。

2、单孔波速测试的原理利用直达波的原理，由震源产生压缩波（又称P波） 和剪切波（又称SH波），经过岩(土)体，被放置在孔 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。

原位测定压缩波(P波)、剪切波(SH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。

优点：直接对地层测试、结果相对精确且不需要 任何场地（只要能成孔）。

2、单孔波速测试的原理当S波穿过地球时，它们遇到构造不连续界面时会 发生折射或反射，并使其振动方向发生偏振。

当发生 偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。

当岩石颗粒在含波传播方向的竖直平面里运动时，这 种S波称为SV波。

SH波 SH-wave 水平偏振横波。

质点在垂直于入射平面 的方向上振动的波叫水平偏振横波。

SV波 SV-wave 垂直偏振横波。

质点在入射平面内且与 传播方向垂直振动的波叫垂直偏振横波。

单孔法波速测试在岩土工程勘察中的应用摘要：本文结合一个岩土工程实例，介绍了一种利用单孔法波速测量技术进行岩土工程勘察的方法。

通过该方法，确保了岩土工程勘察工作的顺利进行，取得了精确、可靠的调查成果。

关键词：岩土勘察；单孔法；波速测试；应用引言科学、合理的勘测方法帮助勘察技术人员进行有效的调查，对了解岩土的地质状况具有重要的指导意义，对施工单位在实际工作中的应用具有重要的指导意义。

地质情况复杂，需要采用高质量的勘测手段，在不遗漏重要地质资料的前提下，对勘察工作进行高质量的调查。

目前，随着岩土工程勘察技术的不断发展，各种技术手段层出不穷，以波速测量技术为代表，对其在岩土工程勘察中的应用进行了讨论。

1我国波速测试技术应用情况波速测试技术属于是浅层地球物理勘探方法，通过原位测定压缩波（P波）、剪切波（S波）在岩（土）体中的传播速度，有效避免室内测试所带来的误差。

波速试验技术可以为诸多地质问题的分析提供可靠的基础，例如：场地土类型的确定、施工场地的类型；提出断层破碎带，估算场地卓越周期和场地土的承载力，评价岩石（土）的质量；对动态剪切模量、动弹性模量等工程动态参数进行了分析。

通过对相关理论和实际的综合分析，得出结论：波速测试方法简单，分辨率高，在具体运用过程中能够发挥非常重要的作用，目前在水利水电以及民用建筑的很多行业和领域内得到了广泛的应用。

2岩土工程勘察测试方法2.1单孔波速度检测单孔检测技术是通过地面激励和孔内接收，在距离孔口1~2 m处使用重锤进行振动，其方式有两种：①横向冲击，产生剪切波；②竖直击打，产生纵波。

把三分量探测器置于洞中，采用气袋，保证探测器与墙壁紧密接触，间隔1~2米，从下往上接收地震信号。

在单孔法的波速试验中，由于激振点和孔口之间有一段距离，因此波的传播距离实际上为1，因此，在某一地层中，波的传播时间必须进行倾斜校正。

2.2跨孔法波速测试跨孔法是一个井内激发，另一个井内接收，要求震源和接收检波器保持同一标高，并以同样的步距上下运动，主要有两类震源：①采用电火花作为纵波试验的震源；②采用剪力锤作为振动源，从下往上进行压力波试验。

一、前言受※的委托，※省※院于※年※月※日对※工程拟建场地进行单孔波速法、地脉动测试。

该场地位于※路※号，根据场地条件及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)等有关规定，本场地共完成K16#、K37#、K69#、K75#、K82#、K96#六个孔剪切波速及场地脉动测试工作。

测试的目的是对拟建建筑场地土的类型及建筑场地类别进行划分，以确定建筑抗震有利、不利和危险地段。

本项目工作技术要求：1、 测定场地20米以内的等效剪切波速；2、 测定场地地脉动；3、 确定场地土类型及建筑场地类别。

二、检测设备、基本原理1、检测设备检测设备采用武汉建科科技有限公司制造的W A VE2000场地振动测试仪，检测设备及现场联接见图1。

1-场地振动测试仪 2-重物 3-木板4-外触发传感器 5-三分量探头 6-探头信号传输线 7-外触发传感器信号线 8-钢丝绳（或尼龙绳）图1 单孔波速测试示意图2、剪切波速及地脉动测试基本原理单孔剪切波速法（检层法）测试基本原理：用木锤或适宜的铁锤分别水平敲击水平放置孔口的木板两端，地表产生的剪切波经地层传播，由孔内三分量检波器的水平向检波器接收SH 波信号，然后读取正、反两方向的实测波形，找出波形交叉点，读取初至波传播时间，进而计算出各测点(层)剪切波速值及其它相关参数。

地脉动测试原理：地脉动测试时应选择外界环境干扰极小的深夜进行。

测试时将地脉动拾振器放置于平整场地地表土上，一般按东西向EW 、南北向SN 、垂直向VR 三个方向放置。

测试时由三分量拾振器分别接收三个方向的脉动信号，信号再通过放大，采集仪记录，即可在时域曲线上分析信号幅值大小，从频率域曲线上分析其频率组成并确定场地卓越周期值。

土层的等效剪切波速，按下列公式计算：∑=÷=÷=ni si i sc v d t t d v 10)(式中 Vsc ——土层等效剪切波速度；d 0——计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m 二者的较小值； t —— 剪切波在地面至计算深度之间抟播时间； di ——计算深度范围内第i 层的厚度(m)；Vsi ——计算深度范围内第i 层土的剪切波速(m/s)； n —— 计算深度范围内土层的分层数。

地震安全性评价工作中波速测试技术的应用摘要：波速测试技术是地球物理勘探技术的重要分支，也是地震勘探与地震安全性评价工作最常用的技术之一，主要对工程场地未来可能发生地震以及地震的影响程度进行评价，为工程项目的抗震设计提供可靠的参考。

目前，波速测试技术被广泛的应用在冶金、铁路、石油、水电以及工民建的农工程地质勘察与安全性评价工作中。

文章分析了波速测试的基本原理和方法，并进行了实证分析，旨在为地质勘察、地震安全性评价工作以及相关研究人员提供一定的参考。

关键词：波速测试；地震安全性评价；应用地震灾害具有不确定性、严重性、复杂性等特点，一旦发生地震灾害，将会造成严重的后果。

因此，在各种工程建筑中，都离不开地震安全性评价工作，波速测试技术是地震安全性评价工作中最常采用的技术之一，是一种原位测试方法，能够为地震安全性评价工作提供可靠、有效的参考资料，合理的选择建筑场地，并采取有效的措施减轻和避免地震对建筑工程造成的损坏。

目前，波速测试技术被广泛的应用在工民建工程、冶金工程、道路工程、水利水电工程等众多工程地质勘察和地震安全性评价工作中。

因此，文章针对波速测试及其在地震安全性评价工作中应用的研究具有非常重要的现实意义。

1波速测试基础原理和方法1.1弹性波理论波动是物质运动的普遍现象之一，是一种进行性扰动现象，是能量从介质的一点传递到另一点的反映，在进行地质勘察和地震安全评价中，通常将小药量爆炸、电火花、锤击等当作震源，震源产生的能量会导致介质振动，由于介质的各个质点之间就有一定的弹性联系，在介质之中进行弹性振动传递。

由于所有质点的振动经过一段时间之后会停止，在振动持续的过程中，介质中的震源附近的所有质点都在振动，处于扰动状态，扰动带不断的向外扩展，进而产生了弹性地震波。

因此，弹性波的实质就是介质的质点的弹性位移不断的由近而远的传播。

1.2单孔波速测试原理单孔波速测试技术的原理，如图1所示。

用锤子锤击S点，形成剪切波与地震纵向波，为了能够准确的接受和采集S点波场的信息，在井中的d1和d2两个位置放置三分量检波器，并根据各个检测点的振幅变化以及波形相位状况，计算波场的初至时间，并对各初至时间的斜距进行校正，公式表示为：，式中，L表示激振点至孔口中心的水平距离，单位为m；d表示测点的深度，单位为m；t表示校正之后的时间，单位为s。

前言场地波速的测定,在岩土工程中有着广泛的应用,无论是场地类别的划分、抗震设防区划分和抗震建筑的地基设计,还是高层建筑和重大工程设施的场地动力反应分析,都需要土层波速的数据。

另外,场地液化的判别和求岩土的其它动力参数,也可利用场地的剪切波速值。

由于波速的测试具有速度快、成本较低、工效高等特点,又克服了室内土工试验需要取原状土的困难,因此,近年来我国的波速测试工作有了较大的进展。

目前辅以其它有关参数,剪切波速可以在以下几方面得到应用: （1）划分场地土类型 （2）划分场地类别 （3）计算卓越周期 （4）确定土体力学参数 （5）评价场地土的液化可能性 （6）评价地基土的加固效果（7）其他。

（探测防空洞和溶洞的位置，医疗领域）1 剪切波传播与测试原理1.1 土层中的波根据弹性理论,当固体介质受到动荷载的瞬间冲击或反复振动作用时,介质受到应力作用而产生应变。

在作用于介质的应力消失后,应变和应力失去平衡,应变就在介质中以弹性波的形式由介质中的质点依次向周围传播,这种弹性波成分比较复杂,既有面波又有体波,体波又分为压缩波（P 波)和剪切波(S 波)。

剪切波的垂直分量叫Sv 波,其水平分量称Sh 波。

在地层表面传播的面波可分为瑞雷波和拉夫波。

各种波在同一介质中传播的特征和速度一般是各不相同的。

1.2 横波在岩土工程中的应用根据弹性波理论，假设波通过的岩土介质是均匀的和各向同性的，在无限弹性介质中，剪切波速ρ/G V S =,压缩波ρλ/)2(G V p +=。

由于：)1(2μ+=E G )21()1(μμμλ-⋅+⋅=E设：)1(21)(μμ+=s f )21()1(1)(μμμμ-⋅+-=p f则：ρμEf V s S ⋅=)( ρμEf V P P ⋅=)(μ一泊松比；G 一剪切模量；λ一拉梅常数；ρ一介质密度图1s f -μ曲线图 图2 p f -μ曲线图通过图1、图2可以看出，泊松比μ对剪切波的影响不大，但对压缩波的影响很大，这就对压缩波的现场测试要求很高，往往不易达到。

单孔剪切波现场测试及注意事项1 为什么要做单孔剪切波测试天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具有多层结构的非匀质土体，为了解地基土层的空间分层变化情况，提供与波速相关的岩土动力学参数、计算土层的剪切模量、了解地基的软弱地层、分析地基土的类型和建筑物场地类别，进行地震土的地震反应计算等，必须使用波速测井这种地球物理方法。

2 单孔波速测试的原理当S波穿过地层时，他们遇到构造不连续界面时会发生折射或反射，并使其振动方面发生偏振。

当发生偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。

当岩石颗粒在岩波传播方向的竖直平面里运动时，这中S波称为SV波。

SH波 SH－wave水平偏振横波。

质点在垂直于入射平面的方向上振动的波叫水平偏振横波。

SV波 SV-wave垂直偏振横波。

质点在入射平面内且与传播方向垂直振动的波叫垂直偏振横波。

利用直达波的原理，由振源产生的压缩波（又称P波）和剪切波（又称SH波），经过岩（土）体，被放置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。

原位测定压缩波（P波）、剪切波（SH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。

优点：直接对地层测试、结果相对精确且不需要任何场地（只要能成孔）。

当地面振源激发产生剪切波信号时，剪切波信号便从震源发出穿过地层介质，到达井下三分量探头，探头中的检波器，经过机电转换把地震的振动信号转换成电信号，通过电缆传送到波速测试仪，由测试仪器记录并显示剪切波波形。

（1）.在测井工作中，井口、震源、测井探头三点构成了一个直角三角形。

（2）.在测井过程中只要知道了两个测点Zi和Zi+1 的深度和剪切波的传播时间t1、t2,则Zi、Zi+1之间的深度之间地层介质的平均波速满足：3 剪切波测试现场注意事项钻孔测试剪切波的钻孔有一定的要求，主要如下：（a）孔径的要求：按测井探头口径的需要，钻头一般经常使用50～60mm、90~105mm、110~130mm,根据测井需要，钻孔直径应该比测井探头直径大3～5cm。

单孔法波速测试原理及其在工程中应用摘要：单孔法波速测试是地球物理的勘探方法之一，主要是利用直达波的原理，是以弹性波理论为基础的。

本文简要地介绍单孔检层法剪切波速测试的基本原理及方法；并且结合实际工程资料，详细说明了数据成果在工程勘察中的应用。

关键词：单孔法；直达波；弹性波理论；剪切波速测试中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：引言单孔法波速测试是一种快速、准确的原位测试技术，并根据波速值可以进行场地土的划分、地基土工程特性评价等，从而为工程设计提供准确的的数据依据。

一、单孔法波速测试基本原理（1）基本规定及要求：地下介质采用水平层状地层模型：剪切波速在水平方向为均匀分布，在垂直方向随深度分布（2）测试方法本次测试采用rs-1616k(p)工程检测分析仪和井中三分量检波器。

在离钻孔2米处放置一块长方形的木板,并在其上方压以重物，并使之与地面紧密耦合。

本次工作观测方法采用地面激发井中接收方式，即在地面人工用铁锤分别侧击木板的两端，人工激发剪切波，井中接收并传输至地面仪器，采用自下而上逐点进行测量。

各项工作技术参数如下:采样长度：192ms增益：66db～90db滤波档：35hz～475hz，50hz陷波井口偏移：2.0m延迟：根据现场选定震源：敲击板二、工程实例该工程位于合肥市经开区方兴大道北侧，始信路东侧，龙幡路西侧。

我们分别对建筑场地内18#、20#、97#钻孔分别进行了剪切波速测试。

本次波速测试采用单孔法，共完成3个孔。

工程地质分层：①-1层杂填土（q4ml）：灰黄、杂色，松散～稍密，层厚1.90～2.20m。

①-2层素填土（q4ml）：灰黄色，松散～稍密，层厚0.20～2.80m。

②层粘土（q3al+pl）：灰黄色，硬塑状态，层厚2.80～5.40m。

③层粘土（q3al+pl）：灰黄、褐黄色，硬塑~坚硬状态，，厚度25.70～30.90m。

④层强风化泥质砂岩（k2z）：紫红色，密实状态，层厚9.00～11.60m。