巖土工程勘察剪切波速測(cè)試技術(shù)分析

姚婷婷

（陜西工程勘察研究院有限公司，陜西西安 710068）

0 引言

在我國(guó)的工程領(lǐng)域中，地上、地下中的各類工程被統(tǒng)稱為土木工程，而土木工程涉及巖石、土壤等部分的被稱為巖土工程。對(duì)于巖土工程來(lái)說(shuō)，在我國(guó)行業(yè)領(lǐng)域中有著企業(yè)數(shù)量多但是規(guī)模小眾的特點(diǎn)，由于巖土工程在土木工程中的應(yīng)用，可以幫助土木工程在施工之前對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效的勘測(cè)，了解到施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了工程的效率，在目前來(lái)看，我國(guó)加大了對(duì)巖土工程上的投資，在未來(lái)的發(fā)展中，巖土工程還將在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整，促進(jìn)市場(chǎng)增長(zhǎng)上的變化。巖土工程勘察是巖土工程中的重要環(huán)節(jié)，它的數(shù)據(jù)分析結(jié)果直接影響了工程是否可以順利展開(kāi)，其中的一些測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用也擴(kuò)大了巖土工程勘察的技術(shù)范圍。

1 關(guān)于巖土工程勘察

1.1 巖土工程勘察的特點(diǎn)

巖土工程勘察是指根據(jù)建設(shè)工程的要求，按照一定的方法對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察、分析以及評(píng)價(jià)的過(guò)程，從而根據(jù)勘察結(jié)果編制相關(guān)文件，判定工程施工過(guò)程中是否會(huì)遇到相關(guān)的阻力。對(duì)于巖土工程勘察來(lái)說(shuō)，它的主要目的就是通過(guò)測(cè)試的方法和手段對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌孛惨约巴临|(zhì)等方面進(jìn)行研究，判斷地基強(qiáng)度的穩(wěn)定性以及土質(zhì)的類型，從而達(dá)到為工程提供指導(dǎo)方向的目的。對(duì)于巖土工程來(lái)說(shuō)，它具有一定的綜合性，在勘察過(guò)程中需要涉及多方面的內(nèi)容。包括工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、氣候以及人文等自然環(huán)境，判斷泥石流、滑坡以及其他自然災(zāi)害可能發(fā)生的概率，明確土層的基本構(gòu)造和類型，確定其中的安全隱患，對(duì)地下水的分布等信息進(jìn)行具體研究。另外巖土工程勘察還具有一定的復(fù)雜性，需要運(yùn)用工程地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪、抽樣以及各種測(cè)試技術(shù)。

1.2 西安市土層結(jié)構(gòu)分類概述

對(duì)于西安市來(lái)說(shuō)，它位于中國(guó)西北地區(qū)，依靠渭河與秦嶺，屬于渭河流域中部關(guān)中盆地地區(qū)，對(duì)于西安市的地貌地形來(lái)說(shuō)，可以按照地址結(jié)構(gòu)分為華北地臺(tái)以及秦嶺地槽褶皺帶兩個(gè)主要單元，以渭河平原作為其中的主要分界線，因此，形成了不同的地層結(jié)構(gòu)。在西安地區(qū)，它的地層除了填土之外，地層厚度的主要結(jié)構(gòu)可以分為黃土、粉土以及古土壤等，在不同地區(qū)有著不同的覆蓋厚度范圍，與工程地質(zhì)單元以及環(huán)境和成因的不同有著具體的關(guān)系。由于土層剪切波速是測(cè)試土壤覆蓋層厚度的重要指標(biāo)，所以在巖土工程勘察中有著重要的作用。

1.3 剪切波速測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

對(duì)于剪切波速測(cè)試技術(shù)來(lái)講，根本上隸屬于淺層勘探技術(shù)手段，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的觀察可以看出，該種技術(shù)方式能夠促使最后人員獲取到極高精確性的波速測(cè)試數(shù)據(jù)信息，更好地為接下來(lái)人員處理其他地質(zhì)隱患提供巨大的支撐。這也就是當(dāng)前行業(yè)人士更加青睞的主要原因。在巖土工程勘察過(guò)程中借助剪切波速測(cè)試技術(shù)手段，能夠全面融入動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算以及場(chǎng)地土承載力計(jì)算等多個(gè)方面的信息，促使人員在極高的操作效率下，達(dá)到預(yù)期理想的操作效果。除此之外，在人員應(yīng)用剪切波速測(cè)試技術(shù)環(huán)節(jié)當(dāng)中，也能夠體現(xiàn)良好的分辨率效果，盡可能控制好企業(yè)經(jīng)濟(jì)成本的投入量，像目前我國(guó)水利、建筑以及冶金等工程行業(yè)內(nèi)，都對(duì)剪切波速測(cè)試技術(shù)提出更高的重視程度。

2 剪切波速測(cè)試技術(shù)在巖土工程勘察的主要方法

單孔測(cè)速試驗(yàn)是剪切波速測(cè)試過(guò)程中的主要方法，它的主要操作原理就是通過(guò)爆破、空氣壓縮槍以及彈簧發(fā)射裝置等操作方式提供相應(yīng)的振源，在巖土工程勘察過(guò)程中，主要采用的方法就是敲擊板激振源的方法進(jìn)行測(cè)試。敲擊板激振源是指通過(guò)專業(yè)的測(cè)試設(shè)備，將其放置到平整的地面上，覆蓋相應(yīng)重量的物體，使木板與地面緊密接觸，然后敲擊木板兩側(cè)，就會(huì)對(duì)地面有一個(gè)水平方向的作用力，土層就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的剪切振動(dòng)，設(shè)備可以接受到土層的信號(hào)，進(jìn)而對(duì)剪切波速進(jìn)行一定程度的測(cè)試。另一方面來(lái)說(shuō)，在設(shè)備使用過(guò)程中，需要注意它的型號(hào)以及質(zhì)量問(wèn)題，保證可以接受到來(lái)自土層的微量信號(hào)，在敲擊過(guò)程中，可以將土層浸濕來(lái)加大木板與土層之間的作用力。

3 剪切波速測(cè)試技術(shù)的具體分析過(guò)程

3.1 孔剪測(cè)試

在地基的分析以及剪切波速的測(cè)試過(guò)程中，主要的目的就是根據(jù)相關(guān)的參數(shù)范圍計(jì)算土層中的剪切模量，從而對(duì)土層中的軟土范圍進(jìn)行具體的了解，在剪切波速測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，孔剪測(cè)試是必不可少的環(huán)節(jié)。首先，對(duì)于剪切波來(lái)說(shuō)，當(dāng)它們穿越過(guò)地層后，會(huì)造成不同層面的折射和反射，并且是振動(dòng)發(fā)生一定程度的位移，當(dāng)剪切波僅在水平方面上移動(dòng)時(shí)，便被稱為是SH波，當(dāng)在垂直方向移動(dòng)時(shí)，被稱為是SV 波，通過(guò)直達(dá)波的遠(yuǎn)離，在直接對(duì)地層進(jìn)行孔剪測(cè)試的過(guò)程中，可以根據(jù)傳播的距離以及所用時(shí)間，計(jì)算出相應(yīng)的速度，從而為后續(xù)的土層分析提供有力的證據(jù)，在孔剪測(cè)試過(guò)程中，它的結(jié)果是相對(duì)比較精確的，而且可以通過(guò)波速測(cè)試儀等設(shè)備記錄剪切波波形的變化，這對(duì)于巖土工程勘察工作來(lái)說(shuō)有著一定的輔助作用。

3.2 鉆孔技術(shù)中的注意事項(xiàng)

在剪切波速測(cè)試的過(guò)程中，首先應(yīng)該對(duì)單孔或者跨孔的孔徑有著具體的規(guī)范要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境計(jì)算孔徑的范圍，進(jìn)而對(duì)鉆頭的直徑進(jìn)行更換，在鉆孔過(guò)程中，對(duì)于孔壁的要求是比較高的，需要保持上下一致的特點(diǎn)，保證鉆孔過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，盡量避免傾斜角度的產(chǎn)生，降低過(guò)程中存在的誤差。其次，鉆孔工作大多都是選擇在白天進(jìn)行，避免對(duì)周圍環(huán)境和人們的生活產(chǎn)生一定的影響，可以考慮在交通比較擁擠的時(shí)間進(jìn)行，減少噪聲對(duì)人們的污染。另外，周圍的場(chǎng)地也要保持一定的平整，避免在鉆孔過(guò)程中發(fā)生塌陷等事故，保持套管與孔壁之間的緊密連接，增強(qiáng)鉆孔過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3.3 測(cè)試技術(shù)中的注意事項(xiàng)

在人員開(kāi)展測(cè)試環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行深入的調(diào)查，結(jié)合項(xiàng)目測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下，在等待測(cè)試的場(chǎng)地內(nèi)實(shí)施鉆孔處理，完成此環(huán)節(jié)以后，接下來(lái)還應(yīng)該將三分量傳感器進(jìn)行有效的設(shè)置，在鉆孔孔壁中，融合專業(yè)的設(shè)備加以固定處理。站在鉆孔孔口大約1～3m 的位置上，人員需要將長(zhǎng)方形木板進(jìn)行合理的放置，將其當(dāng)成振源，同時(shí)借助一定重量的物體，放置在木板上部分位置，做好測(cè)試之前萬(wàn)全的準(zhǔn)備。在正式測(cè)試時(shí)，測(cè)試人員需要分別錘擊木板的兩端，使涂層中激發(fā)出壓縮波和剪切波，之后根據(jù)三分量傳感器中記錄下來(lái)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)程曲線確定激發(fā)點(diǎn)與反相點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)該注意儀器的使用情況，保證儀器處于正常的狀態(tài)，在錘擊的過(guò)程中要保證木板與土層之間的連接，它的緊密程度直接對(duì)波形的采集有著一定程度的影響，需要工作人員提前做好相關(guān)的工作，保證錘擊過(guò)程中的干凈利落，避免二次擊打?qū)Y(jié)果造成的影響，避免土層表面振動(dòng)的干擾。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中木板的選擇來(lái)說(shuō)，應(yīng)該盡量選擇彈性或者韌性比較好的模板，在錘擊的過(guò)程中可以在木板兩端覆蓋上鐵皮，從而保證在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，對(duì)于木板來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用的過(guò)程中與土層的耦合直接關(guān)系到波形的采集情況，所以可以在放置木板的地方撒上一層砂子，對(duì)木板進(jìn)行來(lái)回移動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行摩擦，判斷它的耦合效果。

3.4 測(cè)試結(jié)果應(yīng)用

通過(guò)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在人員應(yīng)用剪切波速測(cè)試結(jié)果過(guò)程中，相對(duì)來(lái)講有著比較復(fù)雜的程序，當(dāng)前行業(yè)人士在計(jì)算時(shí)，主要就是圍繞地基承載力為核心，以此作為計(jì)算基礎(chǔ)開(kāi)展其他研究工作。大多數(shù)條件下，對(duì)于地基承載力而言，通常表現(xiàn)出了與工程現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試結(jié)果之間聯(lián)系的特點(diǎn)，在有著較快波速基礎(chǔ)上，自然也就會(huì)得到極高的地基承載力結(jié)果，面對(duì)該種現(xiàn)狀下，促使人員而可以直接開(kāi)展實(shí)際的操作處理。但是相反情況下，如果有著較慢的波速，就會(huì)導(dǎo)致地基承載力出現(xiàn)相反的現(xiàn)象，面對(duì)較低的地基承載力現(xiàn)象下，人員在正式操作之前，應(yīng)該先制定妥善的處理方案，保證地基承載力得以有效提升。除此之外，在我國(guó)現(xiàn)有的地基地質(zhì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系當(dāng)中，行業(yè)人士已經(jīng)確定比較合理的相關(guān)要求，站在剪切波速下進(jìn)行研究，如果此時(shí)超出了800m/s，可以確定巖石結(jié)構(gòu)的地層性質(zhì)；如果有著超出500m/s 的剪切波速，那么在其沒(méi)有超出800m/s 范圍當(dāng)中，可以斷定為巖石結(jié)構(gòu)相對(duì)比較堅(jiān)硬，在人員確定出施工現(xiàn)場(chǎng)巖石結(jié)構(gòu)以后，在接下來(lái)其他環(huán)節(jié)的操作過(guò)程中，就需要人員根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)各方面的條件下，進(jìn)行靈活的處理以及應(yīng)對(duì)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，巖土工程是我國(guó)近年來(lái)大力發(fā)展的工程項(xiàng)目，對(duì)工程的施工來(lái)說(shuō)有著重要的作用，在巖土工程勘察過(guò)程中，剪切波速測(cè)試是其中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，它的主要方法包括單孔測(cè)速試驗(yàn)的方法，通過(guò)大錘對(duì)木板的擊打完成試驗(yàn)過(guò)程，在測(cè)試過(guò)程中，需要注意各個(gè)技術(shù)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。