波速度 VPm 和岩块纵波速度 VPr 之间存在关系 VPm≤ VPr，所以应该有 Kv≤1。震相拟合分析中还应该考 虑的一个重要原则就是走时合理的原则。在地表激
当泊松比ν 在 0.0～0.5 内变化时，波速比的取
值为 1.414～∞。一般，岩石的泊松比约为 0.25，所
以，岩体波速比的参考值大约为 1.732。在波速测试
中，P 波是初至波，其初动没有受到其他震相的干
扰，不存在识别困难，比较容易准确地读到其走时，
这样就可以根据式(6)对 S 波走时进行微调，使其更 加合理。
Abstract：The static parameters of rock and soil mass are absolutely necessary for engineering practice. Static mechanical test is a direct approach to obtain these parameters，but it is often difficult because of its heavy equipment，long duration，and high expense. The dynamic test，based on the theory of elastic wave propagation， is much easier than the static test due to the light equipment，flexible methodology，and smaller expense. Comprehensive utilization of the static and dynamic parameters of rock and soil mass will bring engineering considerably technical and economic benefits. In order to overcome the influence of the error in the measurement of travel time of waves，the fitting analysis of seismic phase in wave velocity test is conducted in-situ，and a series of rules and criteria to revise the travel time measured on rock and soil specimens are put forward. The characteristics of static test and dynamic test and their synthetic utilization problems are also discussed. Key words：rock mechanics；rock block；wave propagation test；static mechanical test；comprehensive utilization
摘要：工程实践中大量应用的是工程岩土体的静力学参数，取得这些参数的最直接方法就是工程测试。然而，静
力学试验测试往往是设备笨重、耗时耗力、成本昂贵。基于波动理论的动力学测试方法设备轻便、实施灵活、成
本较小，因此岩土体动力学参数的获得往往要容易得多。综合应用波动测试和静力学测试结果，将给工程建设带
来可观的技术经济效益。针对波动测试方法中走时测定误差的影响，提出了原位岩体波速测试的震相拟合方法和
2 原位岩体波速测试和岩块超声波测 试方法的改进
在岩体和岩块波速测试中主要是利用由激发点 到观测点的直达波来测定岩体或岩块的波速，一般 波程为已知，波速测定准确性的关键就在于波动走 时的测定。然而，在实际波速测试中，对波动造成 干扰的因素很多，波动的激发、传感器的耦合、波 形采样间隔的设置等都会影响到震相走时测定的准 确性。岩块波速测定中岩石样品尺度在厘米量级， 波程较小，因此，即使在走时上很小的误差，也会 使波速测定结果产生很大的偏差。尽管采用超声频 段的高频弹性波对于提高震相走时测定的准确性有 一定的作用，但是由于探头的耦合、P 波(纵波)、S 波(横波)和岩块边界干扰波的叠加等因素，震相走 时的准确测定，特别是 S 波走时的准确测定仍然是 一个十分棘手的问题。另外，由于波形数值化过程 中时间采样间隔的限制，当震相初至落在两个采样 值之间时，数值化的记录波形就不能准确反映震相 的走时，从而必然会导致震相走时测定的误差。
第 24 卷 增 1
蔡新滨等. 岩体波动参数的测试及动静力学参数的综合应用
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工程实践中大量应用的是工程岩土体的静力学 参数，取得这些参数的最直接方法就是工程测试。 然而，静力学试验测试往往是设备笨重、耗时耗力、 成本昂贵。而基于波动理论的动力学测试方法设备 轻便、实施灵活、成本较小，因此岩土体动力学参 数的获得往往要容易得多。综合应用波动测试和静 力学测试结果，会为工程建设带来可观的技术经济 效益。
为解决上述问题，根据波动理论，本文对原位
岩体波速测试和岩块超声波速测定中影响波速测试 精度的有关问题进行了讨论和研究。根据地震波传 播的规律，针对原位岩体波速测试，考虑震相的质 点振动方向、时距关系、岩石样品的波速与原位岩 体波速的关系以及岩体、岩块的纵横波速比、动波 松比等参数的物理特点，提出了检验震相走时合理 性的一系列判据和准则。根据这些判据和准则的要 求，对原位岩体实测纵、横波走时进行拟合，从而 得到合理的拟合走时。对于岩块超声波速测试，提 出了岩块波速测定中震相识别的若干判据和震相走 时修正的原则，并且在实际工程岩体评价中取得了 较好的应用效果。 2.1 原位岩体波速测试的震相拟合法
第 24 卷 增 1 2005 年 8 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.24 Supp.1 Aug.，2005
岩体波动参数的测试及动静力学参数的综合应用
蔡新滨 1，孙进忠 2，陈 祥 2
(1. 中国地质工程集团公司，北京 100080；2. 中国地质大学，北京 100083)
另外，在岩体质量评价中用岩体与岩块比值的
平方评价岩体的完整性，定义岩体的完整性指数 K v 为
Kv = (VPm / VPr)2
(7)
式中：VPm 为岩体弹性纵波速度(km/s)，VPr 为岩石弹 性纵波速度(km/s)。
VPm 采用原位岩体波速测试方法测定，而 VPr 采 用超声波方法通过对岩块的测试确定。由于岩体纵
上合理”是震相拟合的基本原则[8]。在拟合分析中
应该考虑的物理参数包括泊松比ν 、波速比 VP /VS 和完整性指数 Kv 等。
根据式(1)，(2)，波速比 VP /VS 可表示为
VP = 2(1 −ν )
(6)
VS 1 − 2ν
形。测试中分别把发射探头和接收探头耦合在圆柱 形样品的两个端面上。接收探头拾取自发射探头出 发、穿过岩石样品的直达 P 波和 S 波。由于岩石样 品长度较小、波程较短，所以 S 波与 P 波的走时差 较小，S 波到达时 P 波振动的强度仍然很大。因此， 如何在波形中准确地识别 S 波的初动就成为测试的 难点。
1引言
岩土体是地质历史的产物，有着特定的物质组 分和结构构造，从而表现出复杂的工程力学性质。
岩土体在各种工程荷载作用下所表现出来的力学性 质对于工程设计具有至关重要的意义。根据作用方 式，工程荷载可分为静力荷载和动力荷载两大类， 在不同的荷载作用下，岩土体会表现出相当不同的 工程性质。
收稿日期：2005–06–02；修回日期：2005–07–01 作者简介：蔡新滨(1977–)，女，硕士，2003 年于中国地质大学(北京)工程技术学院岩土工程专业获硕士学位，现任工程师，主要从事岩土工程勘察 与设计方面的研究工作。E-mail：tsaixb12@。
(1) P 波、S 波震相的基本特征及相关岩体力学 参数
所谓震相就是由震源出发，以不同的质点振动 方式、通过不同的传播途径，到达观测点的弹性波 动。不同的震相具有不同的运动学和动力学特征， 包括传播途径、走时、质点振动方式以及波动的周 期和能量等方面。震相分析就是根据波传播的具体 情况，分析和研究不同震相的运动学和动力学特 征，确认震相，从而准确提取震相中所蕴含的有用 信息。
TEST FOR WAVE PARAMETERS OF ROCK MASS AND COMPREHENSIVE UTILIZATION OF DYNAMIC AND STATIC
ERS
CAI Xin-bin1，SUN Jin-zhong2，CHEN Xiang2
(1. China Geo-Engineering Corporation，Beijing 100080，China；2. China University of Geosciences，Beijing 100083，China)
根据弹性波动理论[5]，P 波速度 VP 和 S 波速度 VS 与介质弹性参数之间存在以下关系：
VP =
E(1−ν ) ρ (1+ν )(1− 2ν )
(1)
VS =
μ= ρ
E 2ρ (1 + ν )
(2)
式中：E 为介质的弹性模量，μ 为介质的剪切模量， ν 为介质的泊松比，ρ 为介质密度。从而，描述岩土 体物理力学性质的参数 E，μ，ν 可以由介质的弹性 波速计算[6，7]如下：
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岩石力学与工程学报
2005 年
E
=
ρ VS2
(3V
2 P
− 4VS2 )
(3)
V
2 P
− VS2
μ = ρVS2
(4)
ν = VP2 − 2VS2
(5)
2(VP2 − VS2 )