五、剪切波速试验

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。

剪切波速测试报告1.引言剪切波速是指材料在受到剪切力作用下的传播速度，是材料力学性能的重要指标之一、本次测试旨在通过对不同材料的剪切波速进行测试，以评估其力学性能和实际应用价值。

2.测试方法2.1 试样制备：选取不同材料的实验片，尺寸为100mm×100mm×10mm，要求试样表面光滑平整，以保证测试结果的准确性。

2.2仪器设备：本次测试采用高精度剪切波仪器，能够准确测量材料剪切波的传播时间和距离。

2.3测试步骤：1)将试样放置在剪切波仪器上，调整好位置。

2)启动仪器，设定合适的测试参数。

3)利用仪器发出剪切波信号，测量传播时间和距离。

4)重复以上步骤，以保证测试结果的精确性。

5)记录测试数据并进行分析。

3.测试结果与分析3.1不同材料的剪切波速测试结果如下表所示：材料，剪切波速（m/s）----------，----------------金属材料，3500陶瓷材料，2500橡胶材料，12003.2结果分析：从上表中可以看出，金属材料的剪切波速最高，达到3500m/s，表明金属材料具有很高的强度和刚性；陶瓷材料的剪切波速稍低，在2500m/s 左右，说明陶瓷材料在强度和刚性方面略低于金属材料；而橡胶材料的剪切波速最低，仅为1200m/s，说明橡胶材料具有较低的强度和刚性。

4.结论通过对不同材料的剪切波速进行测试，并对测试结果进行分析金属材料具有较高的剪切波速，表明其具有良好的力学性能和实际应用价值；陶瓷材料在剪切波速方面略低于金属材料，但仍具有一定的强度和刚性；橡胶材料的剪切波速最低，说明其在力学性能方面较差，适用范围相对较窄。

5.建议根据上述结论，可以对各种材料的应用进行适当调整和优化，选择合适的材料来满足不同需求；此外，还可以进一步研究材料的微观结构与剪切波速之间的关系，以提高材料的力学性能和应用效能。

综上所述，剪切波速测试是评估材料力学性能和实际应用价值的重要手段之一、通过对不同材料的剪切波速进行测试，并对测试结果进行分析，可以为材料的选择和应用提供有益的参考和指导。

**民生产业基地土层剪切波速度测试报告深圳市**有限公司二0一七年十月二十七日**民生产业基地土层剪切波速度测试报告测试：报告编写：审核：批准：深圳市**有限公司二0一七年十月二十七日测试单位地址：深圳市**号邮编：联系电话：联系人：目录1.前言 (1)2.测试目的及执行标准 (1)2.1测试目的 (1)2.2执行标准 (1)3.测试方法及仪器设备 (1)3.1测试方法 (1)3.2仪器设备 (2)4.测试结果 (2)5.地面脉动的卓越周期 (5)1.前言受深圳市**有限公司委托，我公司于2017年09月21日至017年09月29日对**民生产业基地场地进行了3个钻孔的土层剪切波速度测试工作。

波速测试孔附近场地内自上而下主要有如下岩土层：素填土、粉质黏土、全风化混合岩、强风化混合岩、中风化混合岩、微风化混合岩。

2.测试目的及执行标准2.1测试目的本次试验目的是提供地层剪切波波速，判定土的类型及建筑场地类别；提供场地卓越周期。

2.2执行标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）(2009年版) 《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）3.测试方法及仪器设备3.1测试方法本项目剪切波速度测试采用单孔检层法，将起振板置于距井口约1.0～1.5米处，并使其中点与井口的连线垂直于起振板，同时在其上面加压整体性较好的重物。

然后，锤击起振板产生纵波和剪切波(记录时通过调节仪器采样率对纵波和剪切波分开采集),并通过置于井内的三分向拾振器将土的振动历程输入电脑分析，获得各测点纵波和剪切波的到时，并利用下式计算相应剪切波速:Ｖi =(h i -h i-1)/(t i sin αi -t i-1sin αi-1) （1） 22sin i i ii D h h +=α （2）i=1......N其中h i ,t i 分别为第i 测点的深度和剪切波的走时,D 为起振板中点至孔口的垂直距离。

)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。

剪切波速测试原理
剪切波速测试是一种用于评估场地土工程性质的方法，其原理基于地震波在地下介质中的传播特性。

在剪切波速测试中，通常使用震源产生剪切波（又称S波），这些波会在地下介质中传播，并被布置在地面上的检波器接收。

根据波传播的距离和走时，可以计算出剪切波在地下介质中的传播速度。

这个速度被称为剪切波速，它反映了地下介质对剪切波的阻抗能力，因此与介质的剪切模量、密度等参数密切相关。

剪切波速测试的结果可以用于评价场地土的工程性质，如土层厚度、土层类别、固结特性、动弹性模量、动剪切模量等。

此外，剪切波速测试还可以用于地震小区的划分、场地液化的判断等方面。

在剪切波速测试中，常用的方法有面波法、跨孔法以及单孔法等。

其中，单孔法是一种常用的方法，其原理是在孔中放置三分量检波器，通过激振产生剪切波，并接收波形信号进行分析。

总之，剪切波速测试是一种基于地震波传播特性的评估场地土工程性质的方法，其结果对于工程建设和地震防灾具有重要意义。

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）。

XXXXXXX线物探工作技术要求依据铁三院《XXXXXXXX线X测任务书》要求，物探所承担了该项目的物探任务，为保证工作顺利进行，提高资料质量，特制定以下技术要求：一、工作技术标准1﹑《铁路工程物理勘探规程》TB10013—20042﹑《铁路勘测细则》QJ/SSY034—20003、《铁路工程抗震设计规范》GB50111—20064、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001二、要求解决的工程、地质问题1、剪切波速测试；三、质量保证措施1、对投入的仪器设备进行全面检查，不符合要求的立即申报修、换。

2、工作时严格执行ISO9001质量体系标准，重视质量过程控制。

野外记录各项签署要齐全。

严格执行开工前检查，中间检查和质量验收制度，发现问题及时纠正，不符合质量要求的原始资料，不能作为解释依据。

3、接受任务时，和有关专业加强联系，明确任务、目的。

了解测区基本的地层岩性、地质年代、地质构造及水文地质情况，选择合适的物探方法及技术，内业工作与外业工作同步进行，以指导外业工作。

4、外业工作时分别拍摄场地全景照片、仪器摆放照片、电线电缆照片，激发板位置照片、岩芯照片、现场工作片段照片，以便物探人员了解现场的情况。

5、现场测试深度达不到要求或出现其他特出情况，立即与物探所联系，经过确认后方可开展下一步工作。

6、剪切波测试当天应把原始数据、工作的情况统计表、现场照片发到物探所邮箱，对原始数据进行分析判断合格后，三天内提交整理好的成果资料，原始数据有疑问，测试人员及时与现场地质人员协商重做或改在靠近的孔补测。

7、内业工作与外业同步进行，不得拖后，以便内业指导外业和及时提交资料。

8、原始资料根据工点名称分门别类，标属各项参数，以便于资料的归档管理。

9、成果图的编制要按照“物探通用标准图式”进行绘制，所用符号、图例及有关名词术语要符合“细则”的规定。

10、检查工作量不小于分项工作总工作量的5%，误差应满足“物规”中的规定。

常用剪切波剪切波波速成果图相关公式编辑剪切波速测试单孔法压缩波或剪切波从振源到达测点时间得确定,应符合下列规定:（1）确定压缩波得时间，应采用竖向传感器记录得波形；（２)确定剪切波得时间，应采用水平传感器记录得波形。

压缩波或剪切波从振源到达测点得时间,应按下列公式进行斜距校正：式中T —-压缩波或剪切波从振源到达测点经斜距校正后得时间(s）（相应于波从孔口到达测点得时间）；TL —--—压缩波或剪切波从振源到达测点得实测时间（ｓ)；K --斜距校正系数;H -—测点得深度（m)；H0 —-振源与孔口得高差（m），当振源低于孔口时,H０为负值;L —-从板中心到测试孔得水平距离（m）。

时距曲线图得绘制，应以深度Ｈ为纵坐标，时间T为横坐标。

波速层得划分，应结合地质情况，按时距曲线上具有不同斜率得折线段确定。

每一波速层得压缩波波速或剪切波波速,应按下式计算:式中V-—波速层得压缩波波速或剪切波波速（m/s)；△H——波速层得厚度(m)；△T——压缩波或剪切波传到波速层顶面与底面得时间差(s）。

剪切波速测试跨孔法压缩波或剪切波从振源到达测点时间得确定，应符合下列规定:（1）确定压缩波得时间，应采用水平传感器记录得波形；（2)确定剪切波得时间，应采用竖向传感器记录得波形。

由振源到达每个测点得距离,应按测斜数据进行计算。

每个测试深度得压缩波波速及剪切波波速，应按下列公式计算:式中ＶＰ—-压缩波波速（m/ｓ）;VS——剪切波波速(m/s);TP1—-压缩波到达第1个接收孔测点得时间(s);TＰ２——压缩波到达第2个接收孔测点得时间(s)；TＳ1—-剪切波到达第1个接收孔测点得时间（s)；TS２——剪切波到达第2个接收孔测点得时间（s);S１——由振源到第1个接收孔测点得距离（ｍ）S2——由振源到第2个接收孔测点得距离(m)△S——由振源到两个接收孔测点距离之差(m）。

［1]卓越周期得计算《高层建筑岩土工程勘察规程ＪGJ７２－2004》条文说明［2］规范重点摘录编辑剪切波速土得类型划分与剪切波速范围波速2、5倍得土层,且该层与其下卧岩土得剪切波速均不小于４００m/s时，可按地面至该土层顶面得距离确定。