單孔與跨孔波速測試在工程中的應(yīng)用

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1、地質(zhì)學(xué)刊第34卷第2期doi：10．3969／j．i鴿n．1674-3636．2010．02．192單孑L與跨孑L波速測試在工程中的應(yīng)用陳哲，章中良，吳魁彬(核工業(yè)南京工程勘察院，江蘇南京210003)摘要：波速測試是一種快速、準(zhǔn)確的原位測試技術(shù)。通過波速測試可獲得巖土體的彈性波速，為T程設(shè)計(jì)提供較為準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。鉆孔波速測試常用的方法為單孔檢層法與跨孔平穿法。介紹r單孔法與跨孔法波速測試的工作原理、現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)處理和資料分析過程。結(jié)合工程實(shí)例說明了兩種測試方法的區(qū)別及其在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：剪切波速度；壓縮波速度；單孔檢層法；跨孔法；巖土力學(xué)；江西九江中圖分類

2、號(hào)：TU459文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674—3636(2010)02—0192—040引言波速測試是一種快速、準(zhǔn)確的原位測試技術(shù)，它可以獲得巖土體的縱波、橫波速度，并根據(jù)波速計(jì)算動(dòng)彈性模量、泊松比等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。核電廠單孑L波速和跨孔波速測試主要為測試巖土體的彈性波速，計(jì)算巖土體動(dòng)力參數(shù)，波速值是核電廠抗震設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。不同測試方法，波在巖土體傳播途徑不一樣，為了更加有利于合理選取場地巖土體特征波速值，通常采用單孑L法和跨孔法對(duì)比的測試方法。1概況1．1工程概況江西彭澤核電廠的規(guī)劃容量為4臺(tái)APl000核電機(jī)組，一次規(guī)劃布置，分期實(shí)施。一期工程建設(shè)規(guī)模為2臺(tái)AP

3、l000核電機(jī)組，由中電投集團(tuán)公司控股建設(shè)。廠址位于江西九江市彭澤縣馬墻鎮(zhèn)境內(nèi)的帽子山，北臨長江，南靠太泊湖，東西均為山谷和溝壑，屬內(nèi)陸廠址。廠址距彭澤縣城約22km，距九江市約80kin，距南昌市約170km。為了研究和評(píng)價(jià)工程地質(zhì)條件及巖石力學(xué)性收稿日期：21309—12—25；修訂日期：2010-03—05；編輯：侯鵬飛作者簡介：陳哲(197l～)，男，工程師，主要從事巖土工程勘察工作質(zhì)，為設(shè)計(jì)提供合理、準(zhǔn)確的參數(shù)，需要測試工程區(qū)巖土體(不同巖性不同風(fēng)化程度)的剪切波速度、壓縮波速度。采用的方法為單孔檢層法和跨孔法。1．2地層巖性測試區(qū)主要地層按時(shí)代由新到老分別為：①第四系全新統(tǒng)

4、(Q。)的湖積層(Qp‘)、坡殘積層(q4¨d)；第四系上更新統(tǒng)的沖湖積層(Q∥)、殘積層(Qdl+d)；②二疊系下統(tǒng)茅山組(P，m)燧石灰?guī)r和棲霞組(P，q)含燧條帶、結(jié)核灰?guī)r和炭質(zhì)瀝青質(zhì)灰?guī)r；③石炭系上統(tǒng)船山組(C：c)含藻團(tuán)塊灰?guī)r黃龍組(C：h)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖；④泥盆系上統(tǒng)五通組(D，W)細(xì)粒石英砂巖含礫石英砂巖、石英砂礫巖夾泥質(zhì)粉砂巖；⑤志留系上統(tǒng)茅山組(S，m)中細(xì)巖屑石英砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖薄層。2測試方法及技術(shù)2．1單孔檢層法2．1．1工作原理單孔檢層法是在垂直鉆孔中進(jìn)行波速測試的一種方法。以巖(土)體的彈性特征為基礎(chǔ)，通過測定不同巖(土)層的剪切波、壓縮波的傳播速度，計(jì)

5、算巖(土)體的動(dòng)彈性參數(shù)，據(jù)此判定巖(土)體的工程性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。第34卷陳哲等：單孔與跨孔波速測試在工程中的應(yīng)用193實(shí)測一般采用單孔地表激發(fā)孔中接收法，即地面激發(fā)彈性波，孔內(nèi)由三分量傳感器接收。當(dāng)?shù)孛嬲鹪床捎眠蛋鍟r(shí)可正反向激發(fā)，并產(chǎn)生剪切波，利用剪切波震相差1800的特性來識(shí)別剪切波的初至?xí)r間。2．1．2測試方法記錄儀器由井中三分量傳感器和工程動(dòng)測儀構(gòu)成。叩板震源一般距所測孑L口2m～5m，平放1塊木板，測試孔應(yīng)位于木板長軸的中垂線上。木板長2m～3m，寬約0．5m，厚0．2m一0．3m，上壓約500kg～1000kg的重物使木板與地面緊密接觸。當(dāng)分別水平敲擊木

6、板兩端時(shí)，產(chǎn)生剪切波，垂直敲擊木板時(shí)產(chǎn)生壓縮波。三分量檢波器置于井中某一深度，接收由震源產(chǎn)生的彈性波信號(hào)，并通過連接電纜傳輸?shù)焦こ虅?dòng)測儀中記錄并存儲(chǔ)以備后期數(shù)據(jù)處理之用。圖1為單孑L檢層法測試示意圖。由于震源板離孔口有一定距離，所以計(jì)算測段內(nèi)地層波速時(shí)需將彈性波的非縱測線旅行時(shí)，計(jì)算公式如下：2．2跨孔法2．2．1工作原理跨孑L法是在2個(gè)或3個(gè)垂直鉆孔中進(jìn)行波速測試的方法。以巖(土)體的彈性特征為基礎(chǔ)，通過測定不同巖(土)層的剪切波、壓縮波的傳播速度，計(jì)算巖(土)體的動(dòng)彈性參數(shù)，據(jù)此判定巖(土)體的工程性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。實(shí)測一般采用單孑L激發(fā)，單孔或兩個(gè)孔中接收法，孔

7、內(nèi)由三分量傳感器接收。l電源J‘0發(fā)射機(jī)J[：?。叫l(wèi)垂遮健}卜——叫j計(jì)算機(jī)Il一一b■，q諱Pq“fq—R■*’口嚼l超磁震源SI接受傳感器R．IWN*7q*1a*'啊7啊●P晰接受傳感器112晰：●：唧__—_(1)圖2跨孔法測試示意圖式(1)中，￡7為壓縮波或剪切波從震源到接收點(diǎn)經(jīng)斜距校正后的時(shí)間(s)(相當(dāng)于波從孔口到接收點(diǎn)的時(shí)間)；t為壓縮波或剪切波從震源到接收點(diǎn)的時(shí)間(s)；矗為接收點(diǎn)距離孔口的垂直距離(m)；戈為震源板中心與測試