波速测试在岩土工程勘察中的作用分析

王瑞琦 王继忠 姜伯宵

（辽宁省城乡建设规划设计院，辽宁 沈阳 110006）

0 引言

一般情况下，不同岩土层的弹性特征存在差异，可通过弹性波速等参数反映出来。钻孔剪切波速测试就是利用这一差异，通过测定不同岩土层的剪切波(S波)、压缩波(P波)的传播速度，计算动力参数、场地卓越周期，评价场地地震效应，确定场地类别，并据此判定岩土层的工程性质，为工程设计提供依据。

本文结合某场地岩土工程勘察实例，采用波速测试，对场地的波速试验进行了压缩波与剪切波波速测试，根据波速测试结果，计算土层的等效剪切波速计算地基土的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比，计算场地卓越周期等，为波速试验在岩土工程勘察的推广应用积累经验。

1 工程概况

该场地地貌上属于冲洪积扇，地势平坦，场地地层岩性如下：

（1）杂填土(耕土)：主要由粘性土组成，松散～稍密，该层场区内局部分布，层厚0.80米，

（2）粉质黏土：黄褐色，可塑，稍湿，层厚9.30米～11.20米。

（3）粉质黏土：黄褐色，可塑～硬塑，稍湿，层厚9.40米～13.50米。

（4） 泥砾：杂色，碎、砂砾石占 10～50%，一般粒径 10～20mm，可见最大粒径80mm，湿，中密～密实，最大揭露深度45.00米。

本次勘察中做了3个孔的波速测试，采用单孔法测试。

2 波速测试原理

本次波速测试使用廊坊大地工程检测技术开发有限公司生产的XG-I型波速测试仪，采用单孔法，在地面震源采用叩板正反向激发，并产生剪切波(S波)，孔内由检波器（三分量探头）接收剪切波，利用剪切波震相差180°的特性来识别S波的初至时间（图1）。当采集纵波波速时改用垂直敲击方式（主要产生纵波）来接收所产生的纵波。根据《地基动力特性测试规范》GB/T 50269－97第7.4条，压缩波或剪切波从振源到达测点的时间，应按下列公式进行斜距校正：

图1 单孔法波速测试示意图

式中：T——压缩波或剪切波从振源到达测点经斜距校正后的时间(s)（相应于波从孔口到达测点的时间）；

TL——压缩波或剪切波从振源到达测点的实测时间(s)；

K——斜距校正系数；

H——测点的深度(m)；

H0——振源与孔口的高差(m)，当振源低于孔口时H0为负值；

L——从板中心到测试孔的水平距离(m)。

每一波速层的压缩波波速或剪切波波速，应按下式计算：

式中：V——波速层的压缩波波速或剪切波波速(m/s)；

ΔH——波速层的厚度(m)；

ΔT——压缩波或剪切波传到波速层顶面和底面的时间差(s)。

3 测试结果分析

3.1 动力参数计算

根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版），土层的各动参数的计算公式如下：

式中：Ed——地基土的动弹性模量；Gd——地基土的动剪切模量；υd——动泊松比；ρ——介质的质量密度；Vp——土层的纵波波速；Vs——土层的剪切波波速。

根据测试结果，各岩土层动力参数见表1。

表1 各岩土层平均波速及动力参数表

3.2 根据《建筑抗震设计规范》划分

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，土层的等效剪切波速按下列公式计算：

式中：Vse——土层等效剪切波速 （m/s）；d0——计算深度 （m），取20m计算；t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；di——计算深度范围内第i土层的厚度 （m）；Vsi——计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s）；n——计算深度范围内土层的分层数。

根据《建筑抗震设计规范》计算等效剪切波速，划分场地土类型和场地类别结果见表2。

表2 场地土和场地类别划分表（建筑规范）

4 结论

（1）本文结合工程实例，通过波速测试，对场地类型土及砂土液化性进行了判别，说明波速测试是工程地质勘察中一种快速、经济、有效的原位测试方法。

（2）本文采用波速测试，计算出土层的等效剪切波速计算地基土的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比，场地卓越周期等，为波速试验在岩土工程勘察的推广应用积累经验。

［1］GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].

［2］GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].

［3］蔡力挺，韩玉庆.波速测试技术在岩土工程勘察中的应用[J].西部探矿工程,2009（3）：32-37.