50 波 速 试 验
50.1 一 般 规 定
50.1.1 波速试验分跨孔法、单孔波速法(检层法)和面波法。
50.1.2 跨孔法以一孔为激振孔，另布置2孔或3孔作检波孔，测 定直达的压缩波初至和第一个直达剪切波的到达时间，计算传播速度。常用于多层体系地层中。
50.1.3 单孔波速法是在同一孔中，在孔口设置振源，孔内不同深 度处放置检波器，测出孔口振源所产生的波传到孔内不同深度处 所需的时间，计算传播速度。常用于地层软硬变化大和层次较少 或岩基上为覆盖层的地层中。
50.1.4 面波法，本试验采用稳态振动法。测定不同激振频率下 瑞利波(R波)速度弥散曲线(即 R 波波速与波长关系曲线),可以 计算一个波长范围内的平均波速。
50.2 仪 器 设 备
50.2.1 本试验所用的主要仪器设备由激振器、检波器、放大器、 记录器、测斜仪、零时触发器和套管组成。
50.2.2 本试验所用的主要仪器设备应符合下列规定：
1 激振器：可采用机械震源、电火花等，但主要是采用能正反向重复激振的井下剪切波锤。面波法采用电磁式或机械式激 振器；
2 检波器：采用三分量检波器，其谐振频率一般为8Hz~ 27Hz, 检波器必须置于密封防水的无磁性圆筒内；
3 放大器：采用低噪声多通道放大器，噪声水平应低于 2μV,相位一致性偏差应小于0. 1ms, 并配有可调的增益装置，电压增益应大于80dB, 不应采用信号滤波装置；
4 记录器：可采用各种型号的示波记录器或多通道工程地震 仪，记录最大允许误差应为1ms～2ms;
5 测斜仪：应能测量0°~360°的方位角及0°~30°的倾角，倾 角测量允许差值应为0.1°;
6 零时触发器：采用压电晶体触发器或机械触发装置，其升 压时间延迟应不大于0. 1ms;
7 套管：内径为76mm～85mm, 壁厚为 6mm～7mm 的硬聚 氯乙烯塑料管。
50.3 操 作 步 骤
50.3.1 跨孔波速法试验应按下列步骤进行：
1 试验孔布置(图50.3. 1)应符合下列规定：
图50.3.1 试验布置图
1一三脚架；2一绞车；3一震源孔；4—套管；5—井下剪切波锤；6一接收孔1;
7一接收孔2;8一井下检波器；9一信号增强地震仪；10—锤子；11一检波器；
12-钻杆；13—取土器；14—测震放大器；15一振子示波器
1)振源孔和测试孔应布置在一条直线上，试验孔应尽量布置在地表高程相差不大的地段，若地表起伏较大，必须准确测量孔口高程；
2)一组试验布置3孔，试验孔的间距，在土层中宜取2m~ 5m, 在岩层中宜取8m～15m, 测点垂直间距宜取1m~ 2m, 近地表测点宜布置在2/5孔距的深处，振源和检波 器应置于同一地层的相同标高处，并绘制钻孔柱状图。 在保证直达波首先到达检波器的前提下，孔距可根据地 层厚度、测试要求适当调整。
2 先将一组试验孔一次全部钻好，接着在孔内安置好塑料套 管，并在孔壁与套管的间隙内灌浆或用砂充填。
3 灌浆前按照1:1:6.25的比例将水泥、膨润土和水搅拌成 混合物。然后采用移动式循环高压泥浆泵，通过放到孔底的灌浆 管，从孔底向上灌浆，直到灌满孔壁与套管的间隙，并测定孔口溢流 出的泥浆浓度(或密度)与预先搅拌的泥浆浓度(或密度)相等为止。
4 待灌浆或填砂后3d～6d, 方可进行测试。
5 为准确地算出各测点的直达波传播距离，当测试孔深度大 于15m 时，应进行激振孔和测试孔倾斜度和倾斜方位的量测，测点间距宜取1m。
6 将井下剪切波锤利用气囊，或用弹簧、机械扩展装置等 方法固定。然后拉动上、下质量块，上、下冲击固定锤体，使土层 水平向产生 S 波，用放入孔内贴壁式三分量检波器由上往下逐 点测量。从孔口往下2/5孔距处为第1个测点，然后以1m～2m 的间距连续测量。每个地层一般要有2个～5个测点，每个测点 需测量2次～4次。每次测试时，振源中心和检波器中心须在同 一高程上。
7 当用几台钻机分段钻进时，待钻至预定测试深度后，提出 钻机，将振源装置和检波器分别放入各钻孔底，进行测试。采用此 方法时，为确保振源装置和检波器顺利放到所测深度处，孔底残余扰动土应小于10cm 厚，否则应重新清除孔底浮土。
50.3.2 单孔波速法试验应按下列步骤进行：
1 在所选定的试验点沿垂直向进行钻孔，并绘制钻孔柱状图，将三分量检波器固定在孔内预定深度出，并紧贴孔壁；
2 可采用地面激振动或孔内激振，进行孔内激振时，在距孔 口1.0m～3.0m处放 一 长度为2m～3m的混凝土板或木板，木板 上应放置约500kg 的重物，用锤沿板纵轴从两个相反方向水平敲 击板端，使地层产生水平剪切波；
3 将检波器用气囊，或用弹簧、机械扩展装置等方法固定在 孔内不同深度接受剪切波；
4 应结合土层布置测点，测点垂直间距宜取1m～3m, 层位变化 处加密，测试应自下而上进行，每个试验点，试验次数不应小于3次。
50.3.3 稳态振动面波法试验应按下列步骤进行：
1 选择试验场地，并进行整平；
2 可采用瞬态法或稳定法，宜采用低频检波器，间距可根据场地条件通过试验确定，以振源作为测线零点，在振源一边布置2 个或3个检波器(图50.3.3);
图50.3.3 面波法(稳定振动)布置图
3 选择适合的激振频率，开启激振器，由拾振器接受瑞利波；
4 当两检波器接收到的振动波有相位差时，表明两检波器的间距△l 不等于瑞利波波长 LR, 因此，移动其中任一检波器，使两 检波器记录的波形同相位(2π),然后在同一频率下，移动检波器至2个波长或3个波长处，l=LR,2LR,3LR……进行测试。试验应重复多次，一般5组即可。
50.4 计算、制图和记录
50.4.1 波形识别按下列规定进行：
1 在各测点的原始波形记录上识别出压缩波(P波)序列和剪切波(S波)序列，第1个起跳点即为压缩波的初至。然后，根据 下列特征识别出第1个剪切波的到达点；
2 波幅突然增至压缩波幅2倍以上，如图50.4.1(a) 所示；
3 周期比压缩波周期至少增加2倍以上，如图50.4. 1(b) 所示；
4 若采用井下剪切波锤作振源， 一般压缩波的初至极性不发 生变化，而第一个剪切波到达点的极性产生180°的改变，所以，极性波的交点即为第一个剪切波的到达点[图50.4.1(c)]。
图50.4.1 P 波、S 波的识别
50.4.2 应正确计算激振点与检波点之间的距离，对跨孔法，如孔 有偏斜，应对孔距进行校准。
50.4.3 压缩波、剪切波和瑞利波的传播速度应按下列公式计算， 其最大允许误差应为±5%:
(50.4.3-1)
(50.4.3-2)
(50.4.3-3)
式中：vP、Vs、VR——压缩波、剪切波和瑞利波的波速(m/s);
LP、Ls、LR——压缩波、剪切波和瑞利波的传播距离(激振点 与检波点的距离)(m);
tP、ts、tR——各波从激振点传至检波点所需的时间(s);
w-— 简谱波的圆频率(rad/s);
f——激振频率(s⁻1)。
50.4.4 动剪切模量、动弹性模量和泊松比应按下列公式计算：
(50.4.4-1)
(50.4.4-2)
或
(50.4.4-3)
(50.4.4-4)
(50.4.4-5)
式中：Gd—— 地层的动剪切模量(kPa);
vs——地层的剪切波波速(m/s);
vP——地层的压缩波波速(m/s);
Ed——地层的动弹性模量(kPa);
μd——地层的动泊松比。
50.4.5 根据整理和计算的数据，以深度为纵坐标，压缩波波速、 剪切波速、动剪切模量、动弹性模量为横坐标，绘出 vP、vs、Gd、Ed 值与深度变化的关系曲线。
50.4.6 波速试验的记录格式应符合本标准附录 D 表 D.84、 表 D.85 的规定。
