波速測試在巖土工程勘察中的應用

吳學廣

（貴州正業工程技術投資有限公司 貴州貴陽 550000）

1 引言

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

2 我國波速測試技術應用情況

波速測試技術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，有效避免室內測試所帶來的誤差。波速測試技術可為諸多地質問題的分析提供可靠依據，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）體質量等；計算工程動力學參數，包括動剪切模量、動彈性模量等。

根據相關理論與實踐總結分析可知，波速測試具有簡便、快速、經濟、準確、分辨率高、應用范圍廣等優點，目前已廣泛應用于水利水電工程、石油工程、鐵路工程、冶金工程、工業與民用建筑等眾多巖土工程地質治理領域，取得了良好的應用效果。

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，以重錘激發地震波，主要分為兩種敲擊方法：①水平敲擊，激發的是剪切波；②垂直敲擊，激發的是縱波。將三分量檢波器放置在孔內，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，由此必須對波在個地層水質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激發、另一個鉆孔內接收，要求震源、接收檢波器均維持同一標高，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）。根據每個測點激發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用

4.1 工程概況

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

4.2 水文、地質條件

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、粉質粘土、中細砂、卵石、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖。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，根據相關水文資料分析可得，其對混凝土結構、鋼筋存在微腐蝕性，對鋼結構存在弱腐蝕性。

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，產生的剪切波經地層傳播至測試點，孔內水平檢波器接收橫波信號，經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《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）（下文簡稱《抗規》）要求，共計布設有17個波速測試孔，根據《抗規》4.1.3條規定，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《抗規》確定，該場地土類型定為中硬場地土；根據勘察資料，該場地覆蓋層厚度＞5m，結合場地剪切波速度試驗與規范要求，本建筑場地的類別為Ⅱ類建筑場地；根據該場地所處的地質環境和井中地震波測試數據分析，在Ⅶ度地震烈度條件下，場地地層不會產生液化和震陷現象，由此為建筑相關設計提供可靠的地層動力資料。

表2 土層等效剪切波速

5 結語

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，可以為相關工程設計與評價工作提供可靠的數據支撐。在實際測試作業中，測試人員應全面掌握彈性波動力學、工程地質學和巖土力學等基礎知識，合理選擇測試儀器，做好測試中的每一步，準確的計算出剪切波速值和其它動力學參數，做好測試資料的再解釋，全面提高巖土勘測的技術水平。