岩土工程勘察中波速测试技术的应用方法

　　摘要：在岩土工程勘察中，波速测试技术应用方式便捷，并且能够有效提升原位地质测试结果准确性。现如今，岩土工程建设规模不断扩大，为了详细了解施工场地实际情况，可采用波速测试技术进行勘察分析。对此，文章首先对波速测试技术原理进行介绍，然后对波速测试技术的应用方法进行分析，并以某岩土工程为研究对象，对波速测试技术的应用要点进行详细探究。

　　关键词：岩土工程勘察; 波速测试技术; 声波波速; 剪切波;

　　波速测试技术属于地震勘探技术，主要被应用于水利工程、铁路工程、民用建筑等项目勘察中。在波速测试技术的实际应用中，能够对压缩波（P波）以及剪切波（S波）在岩土体中的传播速度进行测定分析。在获得测试结果后，即可对岩土工程场地土体类型、承载力以及岩土体质量等进行评估，同时还有利于对工程动力学参数进行计算，为岩土工程项目施工提供可靠依据。因此，对波速测试技术在岩土工程勘察中的应用方式进行深入研究非常重要。

　　1 波速测试技术原理

　　在波速测试技术的实际应用中，通过对波速进行测试分析，即可确定岩土工程地基土的物理学参数、工程指标等，是一种先进的岩土工程勘察技术。对于波速测试技术，可分为剪切波测试、压缩波测试、瑞利波测试，根据测试结果对施工场地类型进行合理划分，同时还能够为岩土工程基础结构设计提供参考，包括抗剪、抗压、抗扭刚度等。另外，通过将波速测试技术应用于岩土工程勘察中，还能够获得与地震反映分析相关的地基土动力参数，据此对地基土液化可能性进行评估分析，保证施工场地类型划分的科学性和合理性。

　　在波速测试技术的实际应用中，当固体介质受到外力冲击作用后，在应力作用的影响下可造成介质产生应变，当介质所受到的应力消失后，则应变和应力无法保持平衡，在介质中，应变表现为弹性波形式。弹性波的成分比较复杂，主要可分为面波以及体波，其中，面波可在地层结构表面传播。不同波在介质中的传播形式和传播速度有一定差异，因此，通过对不用岩土层中波的传播速度进行测试分析，即可判断岩土体工程性质，进而为岩土工程设计提供可靠依据。

　　2 岩土工程勘察中波速测试技术的应用方法

　　2.1 钻孔法

　　(1）单孔法。在岩土工程波速测试中，单孔法的应用方式如图1所示，主要步骤包括地面激振以及孔中接收。在对剪切波速进行测试时，通过安装激发器，可产生SH波和SV波，对于接收器，可选用三分量检波器。单孔法的操作方式便捷，并且测试结果准确性比较高，应用成本低。

　　图1 单孔检测法示意图   

　　(2）跨孔法。在岩土工程波速测试中，在跨孔法的实际应用中，需设置3个孔，3个孔呈直线排列方式，在1孔中放置振源激发器，另外2孔可接收剪切波，如图2，通过对波的传播距离及传播时间进行分析，即可对剪切波速进行计算分析。跨孔法主要被应用于地面平坦、土层分布均匀的场地中，测试深度大，能软弱夹层的剪切波进行测定分析。跨孔法的应用方式比较复杂，并且对于场地地质条件的要求较高，应用成本比较高。

　　图2 跨孔发示意图   

　　2.2 表面波测试法

　　在表面波测试法的应用中，可对瑞雷波进行测试分析，因此又被称为瑞雷波测试技术。在跨孔法的实际应用中，无需进行钻孔即可对层状介质弹性波速进行测试，测试过程快速便捷，并且具有无损特征。根据振动激发方式不同，可将瑞雷波测试技术分为两种类型，即瞬态振动法以及稳态振动法。

　　3 波速测试技术在岩土工程勘察中的应用实例

　　3.1 工程概况

　　在某岩土工程项目建设中，对施工场地进行勘察分析，地层结构是由淤泥质黏土、强风化云母片、粉沙塑料填土以及淤泥质粉质粘土所组成的。在本工程施工前，要求对施工场地进行详细勘察，为施工方案设计提供参考。综合考虑本工程实际情况以及技术条件，选用波速测试技术进行岩土工程勘察。

　　3.2 测试方法

　　在波速测试前，首先需做好完善的准备工作，整合施工场地，在井口1.5 m位置放置激振板，使得木板中垂线与井口中心相重合。为了确保木板能与地面紧密贴合，可将重物放置在木板上，能够提升测试结果准确性。在准备工作完成后，敲击木板两侧，即可激发S波，在经过多次敲击后，即可得到清晰度较高的S波，在确定S波后，还需从垂直方向敲击铁板，即可获得P波。

　　对于检波器，可放置在孔中，要求适当控制放置深度。在弹性波信号的传递过程中，当传播至地震仪后，地震仪能够对信号进行记录以及存储，然后再对信号进行分析处理。在波速测试技术的实际应用中，应注意以下几点：（1）根据岩土工程施工场地地质条件实际情况合理设置测量点，并对测量点设置间距进行有效控制，对于相邻测量点间距，应控制在1～3 m，在实际测量中，需依据从上而下的顺序。（2）沿纵轴敲击木板，对S波进行测试。（3）从垂直方向敲击铁板，对P波进行测试。（4）为了保证测量结果的准确性，可对部分测点进行多次测量。

　　3.3 工程场地类型、地层类型、卓越周期

　　在对岩土工程施工场地类别分析时，可参考抗震设计规范。首先对施工场地进行钻孔施工，然后对孔S波波速进行测试，S波波速分别为205 m/s、206 m/s，另外，覆盖层厚度分别为28 m和29 m。通过对上述测试数据进行分析，该岩土工程施工场地类别为2类，主要地层结构主要为中软土。

　　3.4 工程动力参数计算

　　在岩土工程勘察中，在获得S波以及P波的弹性波速后，可根据以下公式对岩土工程动力参数进行计算：

　　式中：u为泊松比；Vp为压缩波速度，m/s;VS为剪切波速度，m/s。在本工程勘察中，要求对抗震性能进行准确计算分析，对此，可应用波速法测定地层弹性参数。在实际测量中，剪切波的平均速度为348 m/s，二维剪切波波速模型如图3所示。

　　图3 二维剪切波波速模型   

　　3.5 岩土承载力值估算

　　对岩土结构承载力水平，可采用剪切波速法进行测试，回顾分析以往的施工经验，岩土结构承载力水平与剪切波速值之间为一定比例关系：（1）如果土层为淤泥岩土，则承载值在6.9～9.6 t/m2，剪切波速值在70～80m/s；如果土层是由松散砂以及粉土所组成的，则承载值在9.1～12.3 t/m2，剪切波速值在141～148 m/s；如果土层是由软塑粉质粘土所组成的，则承载值在15～16 t/m2，剪切波速值在210～220 m/s；如果土层是由硬塑粉质粘土所组成的，则承载值在25～28 t/m2，剪切波速值在310～350 m/s；如果土层是由硬塑粉质粘土以及中密中粗砂所组成的，则承载值在258～278 t/m2，剪切波速值在20～22 m/s；如果土层是由密实中粗粒砂石所组成的，则承载值在25～28 t/m2，剪切波速值在410～440 m/s；另外，强风化岩的承载值在40t/m2以上，而剪切波速值在500 m/s以上。

　　由此可见，如果岩土体中的砂砾的粒径和硬度比较大，则承载能力和剪切波速也比较大；而如果岩土体中含有砂砾的粒径和硬度比较小，则承载力和剪切波也比较小。岩土层结构承载能力会直接影响岩土施工安全，因此，在岩土工程勘察中，必须对岩层结构承载力进行准确计算，根据承载力采取有效的安全防护措施，保证施工安全。

　　3.6 砂性土中的地震液化势判别

　　在对砂性土中地震液化势进行分析时要求确定地震基本烈度，因此，可对施工场地范围内深度15 m以内岩土的地震液化势进行判断分析。在进行剪切波速值计算时，如果计算结果小于实际测量值，则砂性土层不液化。通常情况下，在实际施工中，在孔深5～9 m范围内，土质主要为粉砂，剪切波速临界值在116～142 m/s之间，在本工程勘察中，剪切波实际测量结果在171～177 m/s之间。因此，在该勘察范围内，砂性土存在部分液化。

　　通过上述分析可见，在岩土工程勘察中，在施工场地深度14 m范围内，如果剪切波速值测试结果低于临界值，则为部分液化土层，如果粉土层的剪切波测量结果超过临界值，则粉土层不液化。

　　4 结语

　　文章主要结合实例，对波速测试技术在岩土工程勘察中的应用方式进行了详细探究，得出以下结论：

　　(1）在岩土工程勘察中，剪切波速是重要的指标。

　　(2）波速检测技术的应用方式便捷，可分为表面波法、单孔法以及跨孔法三种，在实际勘察中，可根据工程项目实际情况选择适宜的测试方式。

　　(3）波速测试技术的应用方式简单，能够获取准确、完善的地质测试数据，进而为岩土工程设计提供可靠依据，同时还可指导后续施工，保证项目建设质量。

　　参考文献

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