巖土工程師

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摘要：以實(shí)例說明了P.S測(cè)井技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及其效果。文章由概述、工作原理、測(cè)試方法和工程實(shí)例等構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：地震勘探 P.S測(cè)井 剪切波 壓縮波 應(yīng)用

1 概況

P.S測(cè)井又稱彈性波速度測(cè)井，它是地震勘探方法之一，也是地球物理測(cè)井技術(shù)的一個(gè)重要分支，目前已廣泛應(yīng)用于水利水電工程、石油工程、鐵路工程、冶金工程、工業(yè)與民用建筑等眾多巖土工程地質(zhì)勘察領(lǐng)域，取得了良好的應(yīng)用效果。

一般來說，P.S測(cè)井可原位測(cè)定壓縮波(Pressure Wave)和剪切波(Shear Wave)在巖(土)體中的傳播速度，從而避免了室內(nèi)測(cè)試所帶來的誤差，它能有效地解決許多地質(zhì)問題，諸如確定場(chǎng)地土類型、建筑場(chǎng)地類別;提供斷層破碎帶、地層厚度、固結(jié)特性和軟硬程度、評(píng)價(jià)巖(土)體質(zhì)量等;并可計(jì)算工程動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如動(dòng)剪切模量、動(dòng)彈性模量等。本文介紹了P.S測(cè)井的工作原理和野外測(cè)試方法，并結(jié)合工程實(shí)例，說明其應(yīng)用效果。不妥之處，請(qǐng)批評(píng)指正。

2 工作原理

以巖(土)體的彈性特征為基礎(chǔ)，通過測(cè)定不同巖(土)層的剪切波(S波)、壓縮波(P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(cè)一般采用單孔檢層法，即地面激發(fā)以產(chǎn)生彈性波，孔內(nèi)由檢波器接收彈性波。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(S波)，利用剪切波震相差1800的特性來識(shí)別S波的初至?xí)r間。圖1為正反向激發(fā)時(shí)由地震儀記錄的實(shí)測(cè)波形圖。

3 測(cè)試方法

實(shí)測(cè)通常由震源和記錄儀器組成，震源設(shè)置一般距孔口2～4m，平放一塊壓重物的木板，測(cè)試孔應(yīng)位于木板長軸的中垂線上，使木板與地面緊密接觸。木板長2.5～3.0m，寬0.3～0.4m，厚0.06～0.10m，上壓約500～1000kg的重物。當(dāng)分別水平敲擊木板兩端時(shí)，產(chǎn)生彈性波(此時(shí)以S波為主)。記錄儀器由井中三分量檢波器和工程地震儀構(gòu)成，三分量檢波器放置井中某一深度，接收由震源產(chǎn)生的彈性波信號(hào)，并通過連接電纜輸送給地震儀，再由地震儀記錄并存儲(chǔ)以備后期數(shù)據(jù)處理之用，圖2為單孔檢層法測(cè)試示意圖。

單孔檢層法測(cè)試彈性波時(shí)，由于震源板離孔口尚有一定距離，所以計(jì)算測(cè)段內(nèi)地層波速時(shí)需將彈性波的非縱測(cè)線旅行時(shí)校正為縱測(cè)線旅行時(shí)，計(jì)算公式如下：

式中：t’—縱測(cè)線旅行時(shí)(s); t—非縱測(cè)線旅行時(shí)(s);

h—測(cè)點(diǎn)孔深(m); x—震源板距孔口的距離(m)。

由校正后的縱測(cè)線旅行時(shí)求得各測(cè)試地層的彈性波速，進(jìn)而可根據(jù)剪切波速Vs和壓縮波速Vp計(jì)算巖(土)層的動(dòng)彈性參數(shù)。計(jì)算公式如下：

Ed=2ρVp2(1+μ) ……………………………………(4)

Gd=ρVs2 ……………………………………………(5)

式中：ρ—介質(zhì)密度(g/cm3); Vp—壓縮波速度(m/s);

Vs—剪切波速度(m/s); μ—泊松比

Ed—動(dòng)彈性模量(GPa); Gd—動(dòng)剪切模量(GPa);

實(shí)測(cè)過程中應(yīng)注意以下特征：

(1) 壓縮波傳播速度較剪切波速度快，壓縮波為初至波;

(2) 震源板兩端分別作水平激發(fā)時(shí)，剪切波相位反向，而壓縮波相位不變;

(3) 檢波器下孔一定深度后，壓縮波波幅變小，頻率變高，而剪切波幅度大，頻率低。

(4) 最小測(cè)試深度應(yīng)大于震源板至孔口之間的距離，以避免淺部高速地層界面可能造成的折射波影響。

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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