剪切波

單孔波速測試：由震源產生壓縮波（又稱P波）和剪切波（又稱S波），經過土層，由在孔中的三分量檢波器接收，根據波傳播的距離和走時計算出場地土的波速，進而評價場地土的工程性質。

· 場地土層類別的評價：

場地土分類的平均剪切波速範圍

對於軟弱土場地，需改良處理，處理前後對場地土層剪切波速進行測量對比，可評價改良處理的結果。

· 地震小區的劃分

· 場地液化的判斷

· 場地土層動彈性模量的計算

1、振源

（1）振源的特點：

· 激發出的優勢波為SH和SV波

· 具有可重複性和可反向性

（2）常用振源的介紹：

單孔法波速測試採用的振源很多，如：爆破、空氣壓縮槍、彈簧式S波激發裝置、火箭筒等等。但在一般的場地剪切波速測試中最常用的是敲擊板激振源。

敲擊板激振源：

將一塊彈性好的木板（木板長約2米，寬約0.4—0.5米，厚約0.1米）受錘擊的兩頭包上鐵板，放在平整的地面上，上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸，然後敲擊木板兩側，這樣木板就給地面一個水平衝擊力，激起土層的剪切振動。激發的振動主要為SH波。

在敲擊衝量一定的條件下，激發的SH波振幅隨木板上重物重量的增大而增大，但超過一定值后影響會有所減少；長板效果比短板好；板與地面的接觸條件對激振效果影響較明顯，板底釘有釘齒、地面上潑水或水泥漿以增大木板與地面接觸的緊密程度可改善激振效果。

2、信號接收換能器

（1）信號接收換能器的特點

為速度型檢波器，有三個分量，一個垂直，兩個水平。三個分量互相垂直，其中兩個水平分量在一個平面內相互夾角為90°。這樣的夾角可以保證檢波器放在孔中任意地方，總有一個檢波器與剪切波信號的方向小於或等於45°，以達到採集波形良好的效果。

（2）常用信號接收換能器的介紹

· 氣囊式井中三分量檢波器

通過充氣管給氣囊充氣使檢波器與鑽孔壁緊密接觸藕合，藕合情況的好壞，對採集波形的影響很大。採用這種檢波器可以任意選擇是從鑽孔底往鑽孔口測試還是從鑽孔口往鑽孔底測試。

· 槓桿式井中三分量檢波器

通過電池給電磁鐵通電吸合槓桿，將檢波器放入鑽孔中，斷開電池使槓桿彈開與鑽孔壁緊密接觸藕合。由於斷開電池后無法將槓桿再次吸合，因此採用這種檢波器只能選擇從鑽孔底往鑽孔口測試。

3、儀器設備

（1）RSM系列產品技術指標

· 4道獨立瞬時浮點24位A/D

· 採樣間隔：10—65536微秒

· 最大增益為25600倍

（2）RSM—24FD浮點工程動測儀：

分體機：

一體機：

1、鑽孔的情況：

鑽孔附近地面應儘可能平整，鑽孔時應盡量減少孔壁土擾動，待測孔鑽到預定深度時，如地層軟弱應下套管護壁，套管與孔壁間應用灌漿和填砂法處理。

2、振源的放置：

用敲板法做振源時，在距孔口1—3米處放置長度2—3米的木板應與地面貼緊，上壓500Kg左右的重物以防木板的滑移，木板的中垂線應通過孔口，用錘沿板縱軸從兩個相反方向水平敲擊板端，產生水平剪切波。當板中心的高程與孔口相差較大時，應量測並記錄下來以便做修正之用。

3、檢波器的放置：

當井中三分量檢波器在孔內不同深度處接收剪切波時，應將其固定在孔壁上。當使用檢波器作觸發信號時，記時觸發檢波器應置於木板邊中心（勿壓木板下）。

4、檢波器與儀器連接：

將井中三分量檢波器的連接電纜連接好（不要接儀器），將適配線上的夾子分別接12V電池的兩級藉助外力吸合槓桿，把井中三分量檢波器放進鑽孔底，鬆開夾子彈開槓桿支撐孔壁。然後將適配線上的相應接頭與儀器後面的六合一連線連接，將有紅標籤的接頭接到六合一連線中長線標號為4的接頭上，將另兩個接頭分別接到六合一連線中長線標號為2、3的接頭上，然後把地面上用做觸發的檢波器接到六合一連線中長線標號為1的接頭上。

5、信號的採集：

（1）測點間距的選擇：

測試時，應使相鄰兩測點間的時差大於記錄上的可讀精度。對於土層一般以每隔1—2米布置一個測點為宜，並宜自下而上按預定深度進行測試。當有較薄夾層時，應適當調整，使得薄夾層中至少布置兩個測點。

（2）剪切波波形的取得：

測試時，應將井中三分量檢波器固定在預定深度，沿木板縱軸方向分別敲擊其兩端，記錄極性相反的兩組剪切波波形。

為獲得高質量的波形記錄，測試前應調整好儀器設備，保證各設備可靠連接。另外，現場要注意以下的問題。

1、作為振源的木板應選用彈性和韌性均好的木板，不宜用鐵板或水泥板。木板錘擊的兩頭可包上鐵皮，或用一塊比木板截面稍大的鐵板墊在木板兩頭以便多次使用。

2、井孔應與木板長軸線垂直，即井孔到木板兩頭的距離應相等，這是保證木板兩面敲擊后，剪切波恰好反向的一個基礎。孔源距應是井孔到木板中心的垂直距離。

3、木板與表土層藕合的好壞直接關係波形採集的好壞。現場可在選定放木板的地方撒一層砂子，放上木板來回磨動，然後拿開木板，藕合好壞一目了然，在有空缺處再撒砂子，反覆數次可達最佳效果。

4、現場可將汽車直接壓在木板上。無汽車可用重物。重物的重量應保證錘擊時沒有大的位移，另外重物應儘可能在木板上均勻分配。

5、測剪切波時，錘擊力要盡量保持水平。錘擊要乾淨利索，避免二次或多次擊打。

6、每次放下或提升換能器到一個新深度應保留十幾秒鐘后再測，這樣可避免泥漿擾動干擾。

7、在換能器上要配接吃力拉繩。根據經驗，最好是細鋼絲繩，細鋼絲繩伸縮性小，抗拉性強，不宜纏繞。

8、測有泥漿護壁的鑽孔，最好從孔底測起，避免因泥漿沉澱引起卡換能器和測量深度不夠情況。

9、剪切波不能在水中傳播，但根據實測經驗，在有濃泥漿護壁的鑽孔中，可以在換能器不與鑽孔壁緊密接觸的情況下測得很好的S波震相，為測量提供了方便。另外泥漿濃可以減少塌孔的可能性。

10、測有套管的鑽孔，要避免鋼絲繩與套管直接接觸。

11、測量時如遇塌孔卡換能器，在人力拉不動的情況下，最好將鑽機用不帶鑽頭的鑽桿放到合適深度，用沖洗的方法慢慢的提升，這樣可保住換能器。

12、在用氣囊式換能器時，用高壓氣筒慢慢打氣，打一下停一下，看是否已藕合，如提不動，則藕合好。切忌連續打氣，將氣囊脹破。

1、剪切波震相確認：

（1）波形記錄的現場識別：

現場採集的波形一般由三部分組成：

第一部分是從零時開始至直達波能量的到達，其信號除受外部干擾出現毛刺外，基本上是一條接近於直線的平穩段；

第二部分從波的第一個初至起到第二個初至止，此段屬於P波段，振幅小，頻率高；

第三部分是以S波為主的部分，振幅大，頻率低。

（2）波形的室內判讀：

室內判讀主要是精確地判讀出第一個S波到達的時間。對不同方向激振所記錄下來的波形圖，根據正反向激發S波極性相反的特點，確定S波的初至，並以觸發信號的起點為零時刻，讀取第一個剪切波到達的時刻。如右圖中的ts所示。

2、剪切波速的計算方法：

（1）走時隨斜距的校正：

當振源距孔口距離較大時，應按下列公式進行斜距校正：

T’：剪切波從孔口到達測點的時間（s）

T：剪切波從振源到達測點的實測時間（s）

H：測點深度（m） H0：振源與孔口的高差（m）

L：從板中心到測試孔的水平距離（m）

（2）剪切波速計算：

Vi=hi/(ticosαi—ti-1cosαi-1)

Vi：第i層土的剪切波速

hi：第i層土的厚度

ticosαi：剪切波從孔口到達第i層土底面的時間

Ti-1cosαi-1：剪切波從孔口到達第i層土頂面的時間