岩土工程勘察剪切波速测试技术分析

高颖

（贵州建工岩土基础工程有限公司 贵州贵阳 550000）

1 引言

如今，随着科技的快速发展，越来越多的新兴技术已经被运用到了岩土工程勘察之中，其中，土层剪切波速测试技术主要就是为了通过对场地土层的剪切波速进行测定，从而对场地土的类型进行确定，对场地的类别进行划分，并交给设计部门供其使用。

2 剪切波速测试

2.1 简介

剪切波也叫做横波，质点的振动平面与波传播的方向地垂直，也可将剪切波简称为S波。在S波中，其沿垂直方向振动的分量一般被叫做SV型波，记为SV波；其沿水平方向振动的分量一般被叫做SH型波，记为SH波。所谓波的传播速度，就是扰动在介质中传播的速度，SV波和SH波在各向同性、均质的弹性介质中的传播速度是相等的，所以剪切波的传播速度计算公式为：

其中，G是弹性介质的剪切弹性模量，ρ是弹性介质的密度，因此，剪切波的传播速度能够反映弹性介质的动力特性，即刚度。

剪切波波速测试技术的主要目的是测试各类岩土体中的剪切波波速，其主要依据是工程任务，主要测试方法有：面波法、单孔法以及跨孔法。其主要原理是：用铁球在水平方向撞击木板，令木板和地面间产生运动，从而产生丰富的剪切波，那么就能够在钻孔内的不同高度处对通过土层向下传播的剪切波进行分别接收，这种竖向传播的路径与天然地层中由基岩竖直向上的传播路径比较接近，所以用于分析地层反应比较合适。

2.2 测试方法

目前，剪切波速测试技术的方法主要有钻孔检层法和折射波法，其中钻孔检层法分为跨孔法和单孔法。由于在使用折射波法时，需要很多检测仪器，较为不便，所以目前采用的方法多为钻孔检层法。由于跨孔检层法的检测设备比较笨重，而且利用跨孔检层法需要钻多个孔，检测效率也不高，所以目前工程中普遍采用单孔检层法进行检测。单孔检层法的主要原理是沿着钻孔深度，在其中某一点处设置一个检波器，然后在孔口附近的地面进行激振，从而得到钻孔各分层的剪切波速，此外，检波器的位置和激振的位置可以互换。由于单孔检层法使用更加简便，而且能够精确给出各个分层波速的数值，因此得到了广泛的应用。

3 单孔法剪切波速测试

3.1 准备工作

在开始进行测试前，必须保证准备工作符合以下要求：

①应当保证测试孔垂直；②当将锤击上压重物的木板来作为剪切波振源时，木板长向的中垂线应该与测试孔的中心对准，测试孔的孔口和木板的间距最好在1～3m的范围内；③木板上的重物应当重于400kg，木板应当于地面紧密贴合；④当选用锤击金属板作为压缩波振源时，金属板与孔口的间距最好在1～3m之间。

在测试工作开展过程中，应当符合以下要求：

①在测试时，应当从实际工程情况与地质分层情况出发，每隔1～3m设置一个测点，最好从下至上按照预定的深度进行测试；②在剪切波测试的过程中，传感器应当固定在测试孔内的预定深度处，测试人员沿着木板纵轴方向打击木板两端，就能够记录到两组极性相反的剪切波波形；③在进行压缩波测试时，可以锤击金属板，在激振能量不足的情况下，可以通过爆炸或者落锤的方式产生压缩波；④在测试工作完成后，应当选出部分测点进行重复观测，选取的点的数量应当多于测点总数的10%。

3.2 操作原理

单孔法剪切波速测试的振源种类较多，有爆破、空气压缩枪、以及火箭筒等，在进行剪切波速测试时，最常用的振是敲击板激振源。原理如下：将一块弹性比较好、大小合适（长约2m、宽约0.4～0.5m，厚约0.1m）的木板的受锤击的两侧包上铁板后放到平整的地面上，在木板上压上重物，令木板和地面紧密贴合，然后敲击木板两侧，木板就会给地面一个水平冲击力，从而激起土层的剪切振动。这样激发的振动主要是SH波。在敲击冲量一定时，板激振源激发的SH波的振幅会随着木板上的重物质量增大而变大，超过某个值后影响程度会减少；木板和地面的接触条件对激振的效果影响较大，当木板底部钉有钉齿、地面上有波水或者水泥浆时，木板和地面接融得会更加紧密，激振效果会更好；长木板的效果要比短木板好。

4 案例分析

4.1 工程概况

某烟草公司的打叶复烤项目的征地面积为328亩（即220669m2），总建筑面积为154650m2，拟建厂房的组成主要有主厂房、选叶车间、锅炉房、2个成品库、4个原料库、生活服务中心、综合办公楼、地下消防水池等。

4.2 岩土工程勘察主要问题

本次工程的勘察对象是岩体与土体，工作内容有：查明岩溶的覆盖层厚度变化及分布规律、岩溶的发育特征，对场地岩土工程进行分区，对岩体质量单元进行划分；划分岩体的基本质量等级；划分岩、土界线；对岩、土、水的物理力学指标进行测试，并评价地基的稳定性与承载力；评价场地和地基的地震效应、边坡的稳定性、岩溶对场地与地基的影响；针对地基的基础方案和边坡支护方案提出建议，选出稳定的地基持力层。

4.3 剪切波波速测试方法

采用的勘察方法有：工程地质调查、钻探、钻孔超声波速测试等，为了对场地土的类型和场地的类别进行判别，在部分钻孔中利用CE-9201岩土工程质量检测仪进行剪切波速测试，其工作量汇总见表1。

表1 剪切波测试工作量汇总表

4.4 剪切波波速测试成果

为了得到岩土的质量特征、地层的动弹性参数、场地覆盖层厚度等，对拟建场区的6个钻孔进行了剪切波测试，结果如表2所示。

4.5 测试结果评价

依据表3，根据土房等效剪切波速与场地覆盖层厚度对建筑的场地类别进行划分，在本工程中，场地覆盖层主要由杂填土、耕植土、红黏土以及素填土构成，厚度约为0～28.20m，平均厚度约为8.9m，根据现场检测成果与计算结果，本次工程中的场地测试钻孔土层的部分剪切波的平均值均为178.28m/s，等效剪切波波速均为179.24m/s，根据《建筑抗震设计规范》（CB50011-2010）中的表4.1.3和表3可以判断：建筑场地土的类型应当划分为中软土场地，建筑场地类别应当划分为Ⅱ类。

表3 建筑场地类别划分表

表2 剪切波测试成果表

5 结束语

综上所述，在岩土工程建设开展之前，必须充分了解场地的地层结构、来了解场地的类别，才能更好的开展工程，所以进行剪切波速测试非常必要。在众多剪切波速测试方法中，单孔法因其工作原理简便、工作效率较高、测试方法容易，得到了更加广泛的应用。需要注意的是，在利用单孔法进行测试时，应当对振源、测试仪器进行合理地选择，才能使波形的读取、分辨更顺利、测试结果更准确。