发射< 发射 <—>电脉冲 <—>压电晶体 <—>机械振动 (声波 )<—>介质<—> 电脉冲< 压电晶体< 机械振动(声波)<— 介质< 接收
④类型：根据测试对象和工作方式的不同，声波探头可 类型：根据测试对象和工作方式的不同， 划分为喇叭型、增压式、弯曲型、测井换能器、 划分为喇叭型、增压式、弯曲型、测井换能器、横波换能器 等多种类型。 等多种类型。
《岩土工程原位测试》 岩土工程原位测试》
第6章 波速测试
第6章 波速测试
学习指导: 了解各种波速测试的方法分类、 学习指导: 了解各种波速测试的方法分类、国家现 行规范对波速测试的要求、波速测试的要点、 行规范对波速测试的要求 、 波速测试的要点 、 资 料整理及成果应用。 料整理及成果应用。 重点： 重点 ： 各种波速测试方法以及国家现行规范对该 试验的要求； 弹性波基本理论；仪器组成； 试验的要求 ； 弹性波基本理论 ； 仪器组成 ； 野外 工作方法； 测试指标及物理意义；适用范围； 工作方法 ； 测试指标及物理意义 ； 适用范围 ； 波 速测试要点；资料整理及成果应用。 速测试要点；资料整理及成果应用。
6.1 概述
3．工程中常用的波：纵波（P波）、横波（S波）、瑞利面波（R波） 工程中常用的波：纵波（ 横波（ 瑞利面波（ 4．用弹性参数表示的波速公式
5．Vp、Vs、VR之间的关系 Vp、Vs、
6.1 概述
6．用波速计算弹性参数的公式
7、基本测试方法 (1)、对穿法 V=L/t
(2)、一发双收测孔 ①换能器结构 ②测试原理
6.3 单孔法
6.3.1 基本原理 2 公式推导 定义坐标系原点为钻孔口， 定义坐标系原点为钻孔口 ， z 轴沿钻孔向下为正， 轴沿钻孔向下为正， x轴向右为 正。 设测点深度为 hi ， 激震点距 钻孔口距离为dx dx。 钻孔口距离为dx。
6.3 单孔法
6.3.1 基本原理 1）正演公式 对于第1 个测试点h 设深度h 对于第 1 个测试点 h1 ， 设深度 h1 以上 土层的剪切波速度为v 土层的剪切波速度为 vs1 ， 剪切波射线 长度为L 它与钻孔轴线的夹角为θ 长度为 L1 ， 它与钻孔轴线的夹角为 θ1 。 根据三角关系，射线长度L 根据三角关系，射线长度L1为
6.3 单孔法
同理可得剪切波到达测点h 的走时t 同理可得剪切波到达测点h3的走时t3 为
根据以上推导， 根据以上推导 ， 可得剪切波到达任 意测点的到时t 意测点的到时ti为
6.3 单孔法
6.3.1 基本原理 2）反演公式 反演公式可由正演公式变形得到： 反演公式可由正演公式变形得到：
式中， 式中 ， vsi 和 vsj 分别为第 i 和第 j 个测点深度处的剪切 分别为第i 和第j 波速（m/s） 波速（m/s）； hi和hj分别为第i和第j个测点的深度(m)； 分别为第i和第j个测点的深度(m) (m)； 为第i个测点深度的到时（ ti为第i个测点深度的到时（s）； 为第i 为第 i 个测点到激发点的连线与钻孔轴向的夹角 式计算。 （º）,由(6.2）式计算。 使用上式时，沿钻孔从上到下顺序计算。 使用上式时，沿钻孔从上到下顺序计算。
6.2 波速测试的技术要求
3)跨孔法波速测试的技术要求应符合下列规定： 跨孔法波速测试的技术要求应符合下列规定： 波速测试的技术要求应符合下列规定 (1)震源孔和测试孔，应布置在一条直线上； 震源孔和测试孔，应布置在一条直线上； (2)测试孔的孔距在土层中宜取2～5m，在岩层中 测试孔的孔距在土层中宜取2 宜取8 15m 测点垂直间距宜取1 宜取 8 ～ 15m ， 测点垂直间距宜取 1 ～ 2m ； 近地表测 点宜布置在0 倍孔距的深度处， 点宜布置在 0.4 倍孔距的深度处 ， 震源和检波器应 置于同一地层的相同标高处； 置于同一地层的相同标高处； (3)当测试深度大于15m时，应进行激振孔和测试 当测试深度大于15 15m 孔倾斜度和倾斜方位的量测，测点间距宜取lm 孔倾斜度和倾斜方位的量测，测点间距宜取lm。 lm。
声波探头的选取原则——频率 波长、分辨率、 声波探头的选取原则——频率、波长、分辨率、穿透深度 频率、 1）声波是有一定频率和波长的。频率和波长是成反比的。频率愈高 声波是有一定频率和波长的。频率和波长是成反比的。 声波的波长愈小； 声波的波长愈小； 2）在比较致密完整的介质中进行声测，应选用频率比较高的声波探 在比较致密完整的介质中进行声测， 以求较高的分辨率。 头，以求较高的分辨率。 3）在岩体中进行声测时，因岩体中有各种大小的结构面，相对比较 在岩体中进行声测时，因岩体中有各种大小的结构面， 松散。故应选用频率低、波长大的声波进行探测， 松散。故应选用频率低、波长大的声波进行探测，以求其有足够的穿透 深度。 深度。 4）声波探头功率要足够大。一般来说，频率大于100kHz的探头称为 声波探头功率要足够大。一般来说，频率大于100kHz的探头称为 高频探头，用于岩石声测。频率低于50kHz的探头称为低频探头 的探头称为低频探头， 高频探头，用于岩石声测。频率低于50kHz的探头称为低频探头，用于 岩体声测。作测试时，发射和接收探头的频率要一致。 岩体声测。作测试时，发射和接收探头的频率要一致。 5）另外，目前生产的发射探头和接收探头可以互换使用，比较方便。 另外，目前生产的发射探头和接收探头可以互换使用，比较方便。
则剪切波到达测点h 的走时t 则剪切波到达测点h1的走时t1为
6.3 单孔法
对于第2 个测试点h 设深度h 对于第 2 个测试点 h2 ， 设深度 h1 ～ h2 土层 的剪切波速度为v 剪切波射线长度为L 的剪切波速度为 vs2 ， 剪切波射线长度为 L2 ， 它与钻孔轴线的夹角为θ 它与钻孔轴线的夹角为θ2。 又可分为L 两段，其中L 而 L2 又可分为 L21 和 L22 两段 ， 其中 L21 段对 应的波速为v 段对应的波速为v 应的波速为vs1，L22段对应的波速为vs2。 根据三角关系，两段射线的长度L 根据三角关系 ， 两段射线的长度 L21 和 L22 分别为
6.3 单孔法
6.3.4 孔内测点布置原则 1．每一土层都应有测点，每个测 每一土层都应有测点， 点宜设在接近每一土层的顶部或底 部处， 尤其对于薄层， 部处 ， 尤其对于薄层 ， 更不能将测 点设在土层的中点。 点设在土层的中点。 2．若土层厚度小于1m，可以忽略。 若土层厚度小于1 可以忽略。 若土层厚度超过4 需增加测点， 若土层厚度超过 4m ， 需增加测点 ， 通常可以1 间隔设置一测点。 通常可以1～2m间隔设置一测点。 3．测点设置需考虑土性特点。如 测点设置需考虑土性特点。 各土层相对均匀， 各土层相对均匀 ， 可以考虑等间隔 布置，否则，只能不等间隔布置。 布置，否则，只能不等间隔布置。 测点布置示意图
3、RSM-SY5声波仪 RSM-SY5 ①组成：四部分 组成： ②配置的换能器 Ⅰ)平面换能器 Ⅱ)横波换能器 Ⅲ)一发双收换能器 Ⅳ)一发二个收换能器 桩三孔、 桩三孔、岩体跨孔
③ RSM-SY5声波仪主操作界面 RSM-SY5声波仪主操作界面
6.3 单孔法
6.3.3 现场布置 在指定测试地点打钻孔， 在指定测试地点打钻孔 ， 垂直度要求与一般勘探孔 一样。 一样。离开孔口 1～1.5m布置激振装置。 布置激振装置。 如要测试孔斜， 钻孔内需设置PVC 套管， 管内有4 如要测试孔斜 ， 钻孔内需设置 PVC 套管 ， 管内有 4 个 PVC套管 槽口，以备测斜仪沿槽口移动。 槽口，以备测斜仪沿槽口移动。 如果被测土层不厚、 较硬或泥浆护壁后不会坍孔， 如果被测土层不厚 、 较硬或泥浆护壁后不会坍孔 ， 测试前可将钻机移走，否则，钻机应留在孔位上备用。 测试前可将钻机移走 ， 否则 ， 钻机应留在孔位上备用 。
6.3 单孔法
6.3.2 测试设备 设 备 ： 专用 井下 三分量 检 波器、木板、负荷重物、大锤。 波器、木板、负荷重物、大锤。 充 气 装置 ： 充气 装置可 使 装置 检波器紧贴井壁，或上下移动。 检波器紧贴井壁，或上下移动。
仪器设备— 仪器设备—超声仪
1、四部分组成 ①发射系统： 发射系统： 超声发射机、 超声发射机、发射换能器 ②接收系统： 接收系统： 超声接收机、 超声接收机、接收换能器 ③采集系统：声波信号采集 采集系统： ④数据处理系统：计算机、软件 (采集、处理存贮、显示、打印) 采集、处理存贮、显示、打印) 数据处理系统：计算机、
6.1 概述
1．基本原理：利用弹性波在不同弹性介质中的波速差异， 基本原理：利用弹性波在不同弹性介质中的波速差异， 来获得岩、土体的工程性质。 来获得岩、土体的工程性质。 弹性波的分类： 2．弹性波的分类：体波和面波 体波： （1）体波：在介质体内传播 纵波： 压缩波： 纵波：P波、压缩波：质点振动方向与波的传播 方向一致； 方向一致； 横波： 剪切波： 横波：S波、剪切波：质点振动方向与波的传播 方向垂直；Sv、 方向垂直；Sv、SH 面波： （2）面波：在介质分界面传播 瑞 利 波 (Rayleigh) 、 R 波 ： 在 介 质 表 面 传 播 ， 其轨迹是逆时针旋转的椭圆； 其轨迹是逆时针旋转的椭圆； 勒夫波(Love) (Love)、 勒夫波(Love)、L波：在介质分界面传播
根据《岩土工程勘察规范》 根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001） 50021-2001） 测试参数和测试方法： 1)测试参数和测试方法： 测定各类岩、土体的压缩波 剪切波或瑞利波的波速， 测定各类岩、土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速， 压缩波、 采用单孔法 跨孔法或面波法。 采用单孔法、跨孔法或面波法。 单孔法、 2)单孔法波速测试的技术要求应符合下列规定： 单孔法波速测试的技术要求应符合下列规定： 波速测试的技术要求应符合下列规定 (1)测试孔应垂直； 测试孔应垂直； (2)将三分量检波器固定在孔内预定深度处，并紧贴孔壁； 将三分量检波器固定在孔内预定深度处，并紧贴孔壁； (3)可采用地面激振或孔内激振； 可采用地面激振或孔内激振； (4)应结合土层布置测点，测点的垂直间距宜取1～3m。 应结合土层布置测点，测点的垂直间距宜取1 层位变化处加密，并宜自下而上逐点测试。 层位变化处加密，并宜自下而上逐点测试。