波速测试

波速测试(wave velocity testing)

观测、研究地震波在岩土中的传播速度的工程地震勘探方法。人工激发的地震波(纵波、横波和面波)在岩土中的传播速度与岩土的形变有直接关系，传播速度的大小，特别是横波速度的大小反映了岩土的状态、结构和物理力学性质。只要测得岩土的纵波速度v_p、横波速度v_s和密度ρ值，即可计算岩土的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd、动压缩模量Kd和动泊松比舶μ_d

不少学者还用v_p,v_s值与岩土的主要物理力学参数建立相关关系，因而，可以通过波速测试间接得到这些参数；或直接用岩土的波速值来评价岩土的物理力学性质和强度，评价地基加固效果。

20世纪80年代末，工程地球物理勘探界利用先进的地震波层析成像技术对岩体进行全面细致的质量评价，圈定地质异常体取得显著效果，为波速层析成像技术开拓了新的前景。

波速测试常用的方法有：地面直达(折射)波法、单孔法、跨孔法和瑞雷波法。

(1)地面直达(折射)波法。在地面、探槽、坑道等岩土露头上，激发、观测直达(折射)波中的纵、横波在岩土中的传播速度。观测方法有：剖面法和透视法。利用传播时间和距离计算岩土体的纵、横波速度。横波激发和接收是测试结果质量的关键，即：横波激发方向应与横波传播方向垂直，接收横波检波器的最大灵敏度轴与质点振动的方向一致。直达波法使用的仪器设备有大锤或其他震源、检波器、浅层地震仪(见工程地球物理勘探仪器)。

(2)单孔法。可以在钻孔附近地面上用叩板法激振，孔内不同深度处用三分量检波器接收纵波和横波；也可以在孔内不同深度处用爆炸或井下剪切波锤激振，在钻孔附近地面用三分量检波器接收纵波和横波。用传播时间与路程之比计算各层纵波和横波速度。单孔法使用的仪器设备有井下剪切波锤或其他激振设备、三分量检波器和浅层地震仪。

(3)跨孔法。用井下剪切波锤或其他激振设备在一孔内激发，用井下三分量检波器在另一孔或多孔内接收纵波和横波。用孔间距与到达时间之比计算地层的纵波和横波速度。对于每个测点，震源与检波器应位于同一地层内，钻孔间距的选择应以确保每一个测点能获得同一地层的直达波。测试前必须测井斜。跨孔法使用的设备有井下剪切波锤或其他激振设备、井下三分量检波器和浅层地震仪。

(4)瑞雷波法(见图)。用激振器在测线的一端施加某一频率F_i的稳态强迫振动，离激振器不同距离分别埋设两个检波器接收瑞雷波。以其中一个不动的检波器为参考点(Di)，并由近及远地移动另一检波器(Di)，使两者之间的距离等于一个波长λi。改变激振器的频率，重复上述步骤，测量不同频率的瑞雷波波长，则不同频率的瑞雷波传播速度Vri可由频率与波长的乘积获得，即Vri=F_iλi。利用面波的频散特性研究软弱地基的振动特性和对地基处理的质量进行监测；也可用Vr=K1Vs来换算横波速度Vs，式中K1是与介质泊松比 μ有关的常数。瑞雷波法使用的仪器设备有激振器、检波器、放大器和示波器。