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作者：周昌賢鄭邵鵬單位：廈門地震勘測研究中心

1波速測試的基本原理及現場工作方法

波速測試是利用波速在不同傳播介質下的差異性來獲取地基土的物理力學特質以及工程指標信息的一種現場測試方法，其應用目的主要集中在判斷工程場地地基土液化的可能性、劃分工程場地類型、計算工程場地的基本周期、評價地基土的類別和檢驗地基加固效果、提供工程施工過程中所需的地基土動力參數等諸多領域。波速測試工作的主要原理是根據彈性波在巖、土體內的不同傳播特征與速度，間接測試巖、土體在技術標準條件下的一系列參數，如動剪切模型、動彈性模量、動泊松比等。根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001），對波速測試在工程場地判別的應用方面提出了以下技術要求，即采用單孔法、跨孔法或面波法測試各類巖、土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速，在波形記錄上識別壓縮波與剪切波的起始、結束時間，根據波的傳播時間與距離確定波速，為工程場地的判別提供可行性建議。

2基于波速測試的工程場地的判別指標

2.1工程場地地基評價參數在地基與工程場地的震動反映分析中，需要預先實測以確定工程場地地基物理力學性質的多種動力參數，波速受一系列因素的影響，該種因素主要還是與巖、土體的物理力學性質密切相關。根據彈性波理論，聲波在工程場地地層介質中傳播時，波速與巖土的物理力學參數有一定的函數關系，波速測試正是利用這個基本原理來測試分析巖、土體的工程力學指標以判別工程場地類別的。在工程場地判別的波速測試方程分析中，以下參數都是衡量場地優劣的重要指標，如表征彈性體特性的彈性模量E，劃分地層與確定土層特征的剪切模量G與橫波度Vs，反映場地土體變形性質的泊松比屬彈性泊松比等。在描述工程場地的參數特征中，特別需要注意波在不同類型巖土的傳播速度與強度的差異性。同時，橫波速度與縱波速度在真實反映土體的性狀方面是不同的，波速隨著土體飽和度的不斷增加，土骨架對縱波速度的影響力逐漸減弱，因此根據波動方程求出的彈性模量并不能保證能夠真實反映土體的性狀，但橫波是不受土體含水量的影響的，其特性可以作為衡量土體性質的一個重要指標。

2.2工程場地土類型及類別確定工程場地的類別劃分，應以土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度為判別標準。一級場地。亦稱復雜場地，是指工程場地地形地貌復雜，地質環境已經或者有可能遭受嚴重破壞，存在安全隱患，天然具有多重影響工程進度的諸如多層地下水等復雜的水文地質條件，需要專門研究的工程場地；二級場地。亦稱中等復雜場地，是指地形地貌較為復雜，地質環境已經或者有可能遭受一般性破壞，部分地段存在不利的施工隱患，不良地質作用一般發育，基礎位于地下水位以下的工程場地；三級場地。亦稱簡單場地，是指地形地貌簡單，地質環境基本保持天然狀態，地段具有較好的施工環境，不良地質作用不發育，地下水對工程進度沒有不利影響。工程場地的三個判別級別，從一級場地開始，向二級場地、三級場地逐級推定，以最先滿足條件的為準。針對不同的工程場地級別，隨著難易程度的差異性逐漸提升，采取的波速測試方法與側重點亦有所不同。

2.3工程場地脈動卓越周期由于工程場地與其所在的地基構造密切相關，當震波的卓越周期與場地的固有周期呈一致性趨勢時，產生共振的可能性就會大大增加，導致工程施工進度的延緩與危險系數的上升。卓越周期通常采用子層周期求和法獲取，這是因為波速測試所得的橫波速度隸屬于工程場地土在滿載條件下對震波傳播特征的真實反應；亦可以通過工程場地地脈振動的測試統計分析獲得，這是由于工程場地脈動在地層傳播中的規律與特點所決定的，同時亦與地層條件以及場地地基的固有振動特征密切相關。

2.4工程場地液化勢判別及震害評價采取剪切波速方法研究地基液化以判別工程場地是應用波速測試技術的一個重要領域，工程場地的軟土淤泥層受到強烈振動后，易產生軟化變形現象，其會使原有地基承載力的喪失概率大大提高。根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）有關規定，在VII度地震烈度條件下，工程場地是不會發生塌陷事故的。

3波速測試在工程場地判別上的應用成果

3.1計算工程場地地基土的動力參數在工程場地的判別中，國際上通用的做法是借助于波速測試方法來計算地基土的動力參數。根據實測縱波與剪切波值，經過統計分析計算可以獲取工程場地土的一系列動力參數。計算公式如下：

3.2飽和砂土與粉土的液化判別飽和砂土與粉土是工程場地判別的重要指標，場地土液化現象是顯著的工程震害形式之一，嚴重時可導致地面沉降變形、滑移等后果，造成工程場地地基的不穩定或失效，進而加大建筑物的破壞程度、損失倍增。因此，波速測試在工程場地判別的應用中必須考慮場地土液化的影響，利用剪切波速可對場地地基土液化進行衡量。計算公式如下：按照以上公式，可計算得出精確的Vscr值，當其值大于實測地層剪切波速時，該工程場地地層才會被判別為液化；當Vscr值小于實測地層剪切波速時，該工程場地地層則會被判別為不液化。

3.3工程場地卓越周期的近似計算工程場地卓越周期的測定，是波速測試在其判別中的的一項重要環節。工程場地的卓越周期除了通過實測手段來獲取外，亦可以通過地層剪切波速度的計算得到。計算公式如下：利用以上公式可以精確地計算出工程場地的卓越周期，特別需要注意土層累積厚度H的計算，因為其值直接關系到卓越周期的測試效度與信度。同時，采用剪切波方法進行工程場地卓越周期的分析時，不同深度的巖基面的計算，其實測與計算的卓越周期差異不同，為保證測試實際值的接近，一般選取20m左右時為宜。

4波速測試在工程場地判別應用中應注意的事項

4.1不同的工程場地巖、土體特性，測試出的彈性系數不同，因此振動頻率亦有所不同。若巖、土體采樣頻率選擇不科學，則獲取不到清晰可辨的振波，只有采集到有說服力的巖、土體樣本，才可提高波速測試的精度與效度。否則，缺乏針對性與可操作性的樣本采集會提高了分辨剪切波的難度，而這正是造成波速測試不準確的主要原因。同時，測試出的波速值誤差大，偏離實際數值的可能性越大，亦與巖、土體采集樣本的頻率選擇有密切關系。

4.2通過在工程場地邊坡基巖面上測試研究發現，相對于地層平面的測試值，同一類型地層速度值在溝谷邊坡會明顯變小，其量值約為平面內測試值的三分之一左右。同時，研究發現振波在不同空間維度的傳播速度亦有所不同，這就對波速測試在工程場地判別的應用上提出了更高的要求。

4.3由于波速測試儀器對工程場地薄層波速分辨率的局限性，特別是對幾十厘米厚的薄層波速測試還有理論上的困惑與實踐上的困境，尤其是在單孔法、跨孔法與面波法的理論研究與實際應用方面亦有很多不成熟的方面，這些都對工程場地判別過程中的波速測試造成了一定程度上的阻礙。