CN104122577B - 场地地层剪切波速快速复测装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种场地地层剪切波速快速复测装置及测试方法。本发明的目的是提供一种场地地层剪切波速快速复测装置及测试方法，以减少测试时间和测试中存在的不确定性，提高测试精度。本发明的技术方案是：场地地层剪切波速快速复测装置，其特征在于：它包括并排连接成整体的第一振源发生器和第一检波器，分别与第一振源发生器和第一检波器对应、且并排连成整体的第二检波器和第二振源发生器，以及通过信号线分别与第一振源发生器、第一检波器、第二检波器和第二振源发生器相连的计算机。本发明适用于土木工程建设场地的原位勘测技术领域，尤其是剪切波速原位测试技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种建设工程场地地层剪切波速快速复测装置及测试方法，主要适用于土木工程建设场地的原位勘测技术领域，尤其是剪切波速原位测试技术领域。
背景技术
建设工程场地地层的剪切波速测试在工程中应用广泛，剪切波速值是土工减灾防灾工程中的一个重要参数，如岩土体物理力学参数计算、地层土体软硬类别划分、覆盖层厚度判定、场地地震类别划分、场地地基卓越周期计算及场地土地震液化判定等都需用到。
目前剪切波速测试常采用常规的单孔法、跨孔法，一般在场地地层均匀，且钻孔质量及稳定性较好时较为适用。
但是，如果场地地层分布不均，部分地层有夹层、互层现象，对于此类地层要快速判别场地地层，常规方法就会凸显不足，其单次测试值往往离散性较大，如要提高测试精度，就应进行同一钻孔的重复测试或不同钻孔中的大量测试，求得测试统计值；同时，场地剪切波速测试时应遵循具体的操作规程，如场地剪切波速测试一般自孔底至孔口，由下而上进行，在每一个试验深度处，应重复测试几次，取测试平均值；另外，当采用一次成孔测试时，测试工作结束后，应选择部分测试点作重复测试，其数量不应少于测试点总数的10％，也可采用振源孔和接收孔互换方式进行检测；在现场应及时对记录波形进行鉴别判断，确定是否可用，如不合格，在现场应立即重做；另外，如发现接收仪记录波形不完整或无法判读，则须重做直至正常。
故遇到上述情况时，常规单次测试方法势必导致工作量重复，同时还面临着钻孔孔壁长时间稳定性问题，如重复测试或检验过程耗时较长，遇到钻孔塌孔缩孔现象，还需另行钻孔进行测试，造成人力、时间和经济成本的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种场地地层剪切波速快速复测装置及测试方法，以减少测试时间和测试中存在的不确定性，提高测试精度。
本发明所采用的技术方案是：场地地层剪切波速快速复测装置，其特征在于：它包括并排连接成整体的第一振源发生器和第一检波器，分别与第一振源发生器和第一检波器对应、且并排连成整体的第二检波器和第二振源发生器，以及通过信号线分别与第一振源发生器、第一检波器、第二检波器和第二振源发生器相连的计算机。
所述第一振源发生器中点到第一检波器中点的距离与第二检波器中点到第二振源发生器中点的距离相等。
采用单孔法进行场地地层剪切波速测试的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在测试钻孔一侧的地面上放置并排连成整体的第一振源发生器和第一检波器，同时在测试钻孔孔内放置分别与第一振源发生器和第一检波器对应、且并排连成整体的第二检波器和第二振源发生器；
S2、打开第一振源发生器和第二检波器，同时关闭第一检波器和第二振源发生器，通过第一振源发生器激振，第二检波器接收，进行一次测试，记录波形和波速；
S3、打开第一检波器和第二振源发生器，同时关闭第一振源发生器和第二检波器，通过第二振源发生器激振，第一检波器接收，进行一次测试，记录波形和波速，完成同一测试点的两次测试；
S4、分别利用公式和计算出该测试点的两次剪切波速测试值Vs1i和Vs2i，式中，hi为测试深度，Δx为第一振源发生器中点到第一检波器中点的距离，以及第二检波器中点到第二振源发生器中点的距离，x为第一振源发生器中点到测试钻孔孔口中心的距离，t1i表示完成步骤S2所述测试所用时间，t2i表示完成步骤S3所述测试所用时间；
S5、根据同一测点的两次或多次测试值，结合地层分布实际情况，确定是否剔除异常值或进行复测，对合理测试值取其平均值作为统计值，得到该测试点的剪切波速。
采用跨孔法进行场地地层剪切波速测试的方法，其特征在于包括以下步骤：
S11、将并排连成整体的第一振源发生器和第一检波器，以及分别与第一振源发生器和第一检波器对应、且并排连成整体的第二检波器和第二振源发生器分别放入两个测试钻孔内，并保证第一振源发生器和第二振源发生器位于同一标高，第一检波器和第二检波器位于同一标高；
S12、打开第一振源发生器和第二检波器，同时关闭第一检波器和第二振源发生器，通过第一振源发生器激振，第二检波器接收，进行一次测试，记录波形和波速；
S13、打开第一检波器和第二振源发生器，同时关闭第一振源发生器和第二检波器，通过第二振源发生器激振，第一检波器接收，进行一次测试，记录波形和波速，完成同一测试点的两次测试；
S14、利用公式和计算出该测试点的两次剪切波速测试值Vs1i和Vs2i，式中，Δx为第一振源发生器中点到第一检波器中点的距离，以及第二检波器中点到第二振源发生器中点的距离，L为两个测试钻孔孔口中心的距离，t1i表示完成步骤S12所述测试所用时间，t2i表示完成步骤S13所述测试所用时间；
S15、结合地层分布实际情况，判定是否需剔除异常值或进行多次复测，对合理测试值取其平均值作为统计值，得到该测试点的剪切波速。
本发明的有益效果是：1、本发明第一振源发生器和第一检波器连成整体，且第二检波器和第二振源发生器也连成整体，携带方便，操作简单，测试快捷，可在钻孔孔壁稳定短时间内快速完成测试，对于需要重复测试的测孔或测点，测试效率极高。2、在同一测点，可分别利用两对振源发生器和检波器完成两次测试，减少人为操作误差，人为判读误差和测试中存在的不确定性，提高测试精度，对于夹层、互层的地层可通过调整测试间距来提高测试精度，如通过调整孔内振源器与检波器两次相邻测试间距，分别进行复测，以便测试值更能反映场地土层整体规律。3、对于场地等级较低的工程，可只利用其中一对振源发生器和检波器进行一次测试，这样就蜕化为常规测试设备和测试方法，适用率高，易于推广。4、设备还可推广应用至跨孔法测试中，运用同样原理，在一孔内激发一孔内接收，通过设备开关再互换激发装置和接收装置，即可完成测试，设计巧妙，一能多用。
附图说明
图1是本发明单孔法测试示意图。
图2是本发明跨孔法测试示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例场地地层剪切波速快速复测装置是基于常规剪切波速测试装置的改进，它包括并排连接成整体的第一振源发生器1和第一检波器2，分别与第一振源发生器1和第一检波器2对应、且并排连成整体的第二检波器3和第二振源发生器4，以及通过信号线分别与第一振源发生器1、第一检波器2、第二检波器3和第二振源发生器4相连的计算机；所述第一振源发生器1中点到第一检波器2中点的距离与第二检波器3中点到第二振源发生器4中点的距离相等，均为Δx；计算机5可实现由电路电子转换开关控制不同设备(第一振源发生器、第一检波器、第二检波器和第二振源发生器)分别开关，亦可实现测试数据的传输和整理。
下面结合图1对采用单孔法进行场地地层剪切波速测试的方法进行具体说明，本实施例在预钻测试钻孔6中进行场地地层的剪切波速测试，包括以下步骤：
S1、在建设场地的预钻测试钻孔6一侧的地面上放置并排连成整体的第一振源发生器1和第一检波器2，两者中点的距离为Δx，第一振源发生器1中点到测试钻孔6孔口中心的距离为x；同时在测试钻孔6孔内放置分别与第一振源发生器1和第一检波器2对应、且并排连成整体的第二检波器3和第二振源发生器4，两者中点的距离同样为Δx，第二振源发生器4中点深度为hi，由于Δx相对于hi较小，可以认为测试深度为hi。利用信号线将第一振源发生器1、第一检波器2、第二检波器3和第二振源发生器4均连接至位于测试钻孔6外部的计算机5。
S2、通过计算机5控制第一振源发生器1和第二检波器3打开，同时控制第一检波器2和第二振源发生器4关闭，通过第一振源发生器1激振，第二检波器3接收，进行一次测试，记录波形和波速；该次测试剪切波通过路径长度为
S3、通过计算机5控制第一检波器2和第二振源发生器4打开，同时控制第一振源发生器1和第二检波器3关闭，通过第二振源发生器4激振，第一检波器2接收，进行一次测试，记录波形和波速，完成同一测试点的两次测试；该次测试剪切波通过路径长度
S4、分别利用公式和计算出该测试点的两次剪切波速测试值Vs1i和Vs2i，式中，t1i表示完成步骤S2所述测试所用时间，t2i表示完成步骤S3所述测试所用时间。
S5、将步骤S4所得结果进行统计处理。根据同一测点的两次或多次测试值，结合地层分布实际情况，对记录波形进行鉴别判断，确定是否需剔除异常值或进行多次复测(重复步骤S2、S3和S4若干次)，对合理测试值取其平均值作为统计值，得到该测试点的剪切波速，以获取整个地层的剪切波速分布曲线。
如图2所示，采用跨孔法进行场地地层剪切波速测试的方法，类似于剪切波速单孔测试方法，差别在于跨孔法激振装置和接受装置均在孔内，测试的是孔间地层的剪切波速特性，跨孔法理论上两次测试值应该一致，如出现异常，说明两个孔间地层分布复杂，有夹层或透镜体等情况出现，此时应缩短测试距离，进行精确复测。按照上述测试原理和方法可快速完成不同深度的多次测试，同时可依据测试情况和地层分布情况进行场地剪切波速统计分析，并依据剪切波速测试结果评估地层分布情况及推算地层物理力学参数，可为工程勘察及设计人员提供有益的参考；包括以下步骤：
S11、将并排连成整体的第一振源发生器1和第一检波器2，以及分别与第一振源发生器1和第一检波器2对应、且并排连成整体的第二检波器3和第二振源发生器4分别放入两个测试钻孔6内，并保证第一振源发生器1和第二振源发生器4位于同一标高，第一检波器2和第二检波器3位于同一标高；所述第一振源发生器1中点到第一检波器2中点的距离与第二检波器3中点到第二振源发生器4中点的距离相等，均为Δx；两个测试钻孔6孔口中心的距离为L。
S12、利用计算机5打开第一振源发生器1和第二检波器3，同时关闭第一检波器2和第二振源发生器4，通过第一振源发生器1激振，第二检波器3接收，进行一次测试，记录波形和波速。
S13、利用计算机5打开第一检波器2和第二振源发生器4，同时关闭第一振源发生器1和第二检波器3，通过第二振源发生器4激振，第一检波器2接收，进行一次测试，记录波形和波速，完成同一测试点的两次测试。
S14、利用公式和计算出该测试点的两次剪切波速测试值Vs1i和Vs2i，式中，Δx为第一振源发生器1中点到第一检波器2中点的距离，以及第二检波器3中点到第二振源发生器4中点的距离，L为两个测试钻孔6孔口中心的距离，t1i表示完成步骤S12所述测试所用时间，t2i表示完成步骤S13所述测试所用时间。
S15、将步骤S14所得结果进行统计处理。结合地层分布实际情况，判定是否需剔除异常值或进行多次复测(重复步骤S12、S13和S14若干次)，对合理测试值取其平均值作为统计值，得到该测试点的剪切波速，以获取整个地层的剪切波速分布曲线。
本技术的跨孔法在一个测点深度上即可完成两次测试，与单孔法的区别在于它的激振和接受装置均在孔内，测试的是孔间地层的剪切波速特性。跨孔法理论上两次测试值应该一致，如出现异常，说明两个孔间地层分布复杂，有夹层或透镜体等情况出现，此时应缩短测试距离，进行精确测定，不必测试完成后在钻孔内重做，甚至重新钻孔重做，也显示了本技术的优势。
Claims (3)
1.一种采用单孔法进行场地地层剪切波速测试的方法，其特征在于包括并排连接成整体的第一振源发生器(1)和第一检波器(2)，分别与第一振源发生器(1)和第一检波器(2)对应、且并排连成整体的第二检波器(3)和第二振源发生器(4)，以及通过信号线分别与第一振源发生器(1)、第一检波器(2)、第二检波器(3)和第二振源发生器(4)相连的计算机(5)，测试步骤如下：
S1、在测试钻孔(6)一侧的地面上放置并排连成整体的第一振源发生器(1)和第一检波器(2)，同时在测试钻孔(6)孔内放置分别与第一振源发生器(1)和第一检波器(2)对应、且并排连成整体的第二检波器(3)和第二振源发生器(4)；
S2、打开第一振源发生器(1)和第二检波器(3)，同时关闭第一检波器(2)和第二振源发生器(4)，通过第一振源发生器(1)激振，第二检波器(3)接收，进行一次测试，记录波形和波速；
S3、打开第一检波器(2)和第二振源发生器(4)，同时关闭第一振源发生器(1)和第二检波器(3)，通过第二振源发生器(4)激振，第一检波器(2)接收，进行一次测试，记录波形和波速，完成同一测试点的两次测试；
S4、分别利用公式和计算出该测试点的两次剪切波速测试值Vs1i和Vs2i，式中，hi为测试深度，Δx为第一振源发生器(1)中点到第一检波器(2)中点的距离，以及第二检波器(3)中点到第二振源发生器(4)中点的距离，x为第一振源发生器(1)中点到测试钻孔(6)孔口中心的距离，t1i表示完成步骤S2所述测试所用时间，t2i表示完成步骤S3所述测试所用时间；
S5、根据同一测点的两次或多次测试值，结合地层分布实际情况，确定是否剔除异常值或进行复测，对合理测试值取其平均值作为统计值，得到该测试点的剪切波速。
2.一种采用跨孔法进行场地地层剪切波速测试的方法，其特征在于包括并排连接成整体的第一振源发生器(1)和第一检波器(2)，分别与第一振源发生器(1)和第一检波器(2)对应、且并排连成整体的第二检波器(3)和第二振源发生器(4)，以及通过信号线分别与第一振源发生器(1)、第一检波器(2)、第二检波器(3)和第二振源发生器(4)相连的计算机(5)，测试步骤如下：
S11、将并排连成整体的第一振源发生器(1)和第一检波器(2)，以及分别与第一振源发生器(1)和第一检波器(2)对应、且并排连成整体的第二检波器(3)和第二振源发生器(4)分别放入两个测试钻孔(6)内，并保证第一振源发生器(1)和第二振源发生器(4)位于同一标高，第一检波器(2)和第二检波器(3)位于同一标高；
S12、打开第一振源发生器(1)和第二检波器(3)，同时关闭第一检波器(2)和第二振源发生器(4)，通过第一振源发生器(1)激振，第二检波器(3)接收，进行一次测试，记录波形和波速；
S13、打开第一检波器(2)和第二振源发生器(4)，同时关闭第一振源发生器(1)和第二检波器(3)，通过第二振源发生器(4)激振，第一检波器(2)接收，进行一次测试，记录波形和波速，完成同一测试点的两次测试；
S14、利用公式和计算出该测试点的两次剪切波速测试值Vs1i和Vs2i，式中，Δx为第一振源发生器(1)中点到第一检波器(2)中点的距离，以及第二检波器(3)中点到第二振源发生器(4)中点的距离，L为两个测试钻孔(6)孔口中心的距离，t1i表示完成步骤S12所述测试所用时间，t2i表示完成步骤S13所述测试所用时间；
S15、结合地层分布实际情况，判定是否需剔除异常值或进行多次复测，对合理测试值取其平均值作为统计值，得到该测试点的剪切波速。
3.根据权利要求1或2所述的场地地层剪切波速测试的方法，其特征在于：所述第一振源发生器(1)中点到第一检波器(2)中点的距离与第二检波器(3)中点到第二振源发生器(4)中点的距离相等。
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