提高單孔法剪切波速測試精度的若干辦法

摘 要：單孔法剪切波速測試在各類工程勘查中應(yīng)用廣泛，但要獲得高質(zhì)量的測試效果卻不容易，從目前實際工作中存在的一些問題，力求通過儀器選擇、振源激發(fā)方式來達到提高單孔法剪切波速測試精度的目的。

關(guān)鍵詞：單孔法；剪切波速；振源；優(yōu)勢波；識別波形

應(yīng)用地球物理勘探方法，在鉆孔中進行單孔法剪切波速測試，為各類建設(shè)工程的抗震設(shè)計提供相關(guān)參數(shù)和依據(jù)，越來越受到設(shè)計單位和工程界的普遍重視。然而，剪切波速實際測試過程中，容易受到多方面的影響和干擾，如何提高剪切波速的測試精度，更好地識別和判讀剪切波波形，是剪切波速測試中需要解決的問題，為此筆者建議采用如下方法逐步提高單孔法剪切波速的測試精度。

在選擇測試儀器方面，應(yīng)盡量選擇專用剪切波速測試的儀器設(shè)備，因為這種專用儀器測量的針對性強，目標(biāo)信號一般采用高信噪比電路設(shè)計，有利于識別剪切波信號。專用剪切波測試儀器，一般采用同一觸發(fā)條件下，正反兩個方向獲得振源波形，這種反向位波形有利于判讀剪切波的初至?xí)r間。

對于用一些綜合類儀器測試地層的剪切波，儀器放大器的放大倍數(shù)應(yīng)大于2000；記錄器要有較好的分辨能力，分辨率越高越好；觸發(fā)器性能要穩(wěn)定，靈敏度應(yīng)達0.1ms；儀器采用多通道且相位特性一致，以利于識別波形和比對。

對于綜合類儀器用于剪切波速測試，還應(yīng)注意儀器本身各測量和記錄系統(tǒng)的匹配，所反映出的測試效果就是看是否能準(zhǔn)確的測試出或識別出剪切波。

在振源選擇和接收方式上，簡便易行的方法是地表激發(fā)，孔中接收。這種方法較適合淺部鉆孔（一般50米以內(nèi)）的波速測試，而大部分建設(shè)工程的工程地質(zhì)勘查都在這一深度內(nèi)。

當(dāng)選擇地表激發(fā)，鉆孔中用三分量檢波器接收時，采用金屬板（塊）作為振源，敲擊時可獲得質(zhì)量較好的縱波（P波），但一般剪切波信號（S波）不理想。實際工作中常用木板敲擊振源，這種振源簡便可行且效果較好，板長一般為2～3m，寬度有利于上壓重物，板厚應(yīng)在錘擊時不易打到木板邊界。實際工作中也可以利用同一觸發(fā)條件下，采用金屬板和木板兩種材料的振源板分別敲擊，分別獲得P波和S波，以便清晰判讀這兩種波形。

當(dāng)振源板采用木板時，木板的壓重，應(yīng)保證用錘側(cè)向敲擊時，木板不產(chǎn)生側(cè)向滑移。木板的放置位置，應(yīng)距鉆孔2～4m為好，不宜離鉆孔太近，因為太近，產(chǎn)生的壓縮波有可能掩蓋剪切波。木板同地面的接觸狀況對產(chǎn)生剪切波影響明顯，因此木板與地面接觸的越緊密

越好。

木板下方土體不均勻，或含有碎石層、碎磚瓦、以及存在構(gòu)筑物垃圾時，將嚴(yán)重影響測試效果，因此要盡量避開，必要時可采用挖坑放置木板的方法加以解決。

敲擊木板產(chǎn)生剪切波的方法，要以水平向分別敲擊木板的兩端，因為這種剪切波振源，其優(yōu)勢波為SH波和SV波，如果敲擊木板時不水平（或同水平線交角過大），則壓縮波分量有可能掩蓋剪切波。

剪切波速測試過程中，識別剪切波波形，判讀剪切波的初至?xí)r間很重要。在水平向敲擊木板時，雖然能產(chǎn)生較好的剪切波，但由于受壓縮波、地層中的折射波等多種因素影響，給識別波形和判定剪切波的初至?xí)r間帶來了困難。因此，我們在鉆孔上半部分（相對淺孔處）測試時，應(yīng)采用水平輕擊木板振源，以壓制淺部壓縮波的干擾；當(dāng)接收信號變小，測試深度較大時，再用較大能量水平敲擊木板，以利于獲得較好的剪切波波形。

在波速測試時，三分量檢波器應(yīng)選擇自振頻率較高的檢波器；當(dāng)鉆孔較深時，可選用自振頻率較低的檢波器。測試時檢波器要緊貼于孔壁，并要檢查檢波器電纜的標(biāo)注深度，防止因弄錯標(biāo)識深度而使剪切波測試計算造成錯誤。

在較深的鉆孔中，即使我們選擇自振頻率較低的檢波器，仍無法獲得較清晰的剪切波信號時，我們可以選擇孔中激發(fā)，孔中接收的方法，這種方法通常選用機械型振源的井下剪切波錘，配合三分量檢波器組成激發(fā)和接收裝置，分別測試剪切波在地層中的傳播時間，最終累加確定剪切波走時，并求得相應(yīng)的剪切波波速。

為提高單孔法剪切波速的測試精度，波速測試時要特別注意測試現(xiàn)場的工作環(huán)境是否滿足測試要求，注意在公路、鐵路、工業(yè)廠區(qū)、城市區(qū)域測試時干擾振源的影響，必要時可采用晚間干擾少的時候測試。

參考文獻

[1]常士驃，等.《工程地質(zhì)手冊》（第四版）.中國建筑工業(yè)出版社 . 2007

作者簡介

曹榮會、男、籍貫為遼寧省黑山縣，1960年9月生人、漢族、高級工程師，現(xiàn)從事工程物探工作。