S測(cè)井技術(shù)的工程應(yīng)用

摘要：以實(shí)例說(shuō)明了P.S測(cè)井技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及其效果。文章由概述、工作原理、測(cè)試方法和工程實(shí)例等構(gòu)成。關(guān)鍵詞：地震勘探

P.S測(cè)井

剪切波

壓縮波

應(yīng)用1

概況P.S測(cè)井又稱彈性波速度測(cè)井，它是地震勘探方法之一，也是地球物理測(cè)井技術(shù)的一個(gè)重要分支，目前已廣泛應(yīng)用于水利水電工程、石油工程、鐵路工程、冶金工程、工業(yè)與民用建筑等眾多巖土工程地質(zhì)勘察領(lǐng)域，取得了良好的應(yīng)用效果。一般來(lái)說(shuō)，P.S測(cè)井可原位測(cè)定壓縮波（PressureWave）和剪切波（ShearWave）在巖(土)體中的傳播速度，從而避免了室內(nèi)測(cè)試所帶來(lái)的誤差，它能有效地解決許多地質(zhì)問(wèn)題，諸如確定場(chǎng)地土類型、建筑場(chǎng)地類別；提供斷層破碎帶、地層厚度、固結(jié)特性和軟硬程度、評(píng)價(jià)巖(土)體質(zhì)量等；并可計(jì)算工程動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如動(dòng)剪切模量、動(dòng)彈性模量等。本文介紹了P.S測(cè)井的工作原理和野外測(cè)試方法，并結(jié)合工程實(shí)例，說(shuō)明其應(yīng)用效果。不妥之處，請(qǐng)批評(píng)指正。2工作原理以巖(土)體的彈性特征為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)定不同巖(土)層的剪切波(S波)、壓縮波(P波)的傳播速度，計(jì)算巖(土)體的動(dòng)彈性參數(shù)，據(jù)此判定巖(土)體的工程性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。實(shí)測(cè)一般采用單孔檢層法，即地面激發(fā)以產(chǎn)生彈性波，孔內(nèi)由檢波器接收彈性波。當(dāng)?shù)孛嬲鹪床捎眠蛋鍟r(shí)可正反向激發(fā)，并產(chǎn)生剪切波(S波)，利用剪切波震相差1800的特性來(lái)識(shí)別S波的初至?xí)r間。圖1為正反向激發(fā)時(shí)由地震儀記錄的實(shí)測(cè)波形圖。3測(cè)試方法實(shí)測(cè)通常由震源和記錄儀器組成，震源設(shè)置一般距孔口2～4m，平放一塊壓重物的木板，測(cè)試孔應(yīng)位于木板長(zhǎng)軸的中垂線上，使木板與地面緊密接觸。木板長(zhǎng)2.5～3.0m，寬0.3～0.4m，厚0.06～0.10m，上壓約500～1000kg的重物。當(dāng)分別水平敲擊木板兩端時(shí)，產(chǎn)生彈性波(此時(shí)以S波為主)。記錄儀器由井中三分量檢波器和工程地震儀構(gòu)成，三分量檢波器放置井中某一深度，接收由震源產(chǎn)生的彈性波信號(hào)，并通過(guò)連接電纜輸送給地震儀，再由地震儀記錄并存儲(chǔ)以備后期數(shù)據(jù)處理之用，圖2為單孔檢層法測(cè)試示意圖。式中：ρ—介質(zhì)密度(g/cm3)；Vp—壓縮波速度(m/s)；Vs—剪切波速度(m/s)；μ—泊松比Ed—?jiǎng)訌椥阅Ａ?GPa)；Gd—?jiǎng)蛹羟心Ａ?GPa)；實(shí)測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意以下特征：(1)壓縮波傳播速度較剪切波速度快，壓縮波為初至波；(2)震源板兩端分別作水平激發(fā)時(shí)，剪切波相位反向，而壓縮波相位不變；(3)檢波器下孔一定深度后，壓縮波波幅變小，頻率變高，而剪切波幅度大，頻率低。(4)最小測(cè)試深度應(yīng)大于震源板至孔口之間的距離，以避免淺部高速地層界面可能造成的折射波影響。卷4辦鷹工程實(shí)貞例該次實(shí)例蕩１等務(wù)尖天津院綜合樓黎場(chǎng)地評(píng)套價(jià)獸點(diǎn)稈衛(wèi)根據(jù)任務(wù)要求舉，用單孔檢層畜法對(duì)建筑場(chǎng)地繪內(nèi)一深泛30m僅的鉆孔，進(jìn)行龜了剪切波測(cè)試撓。檢測(cè)結(jié)果見歸表忌1車。蹤忌益表練1政隔慈襪剪切波測(cè)試成平果表符地層逆編號(hào)僑地層代號(hào)熔巖性簡(jiǎn)述添剪切波速擴(kuò)Vs(m/s等)件備注燃①超Qml卸素填土：粉質(zhì)慘粘土為主，頂懶部夾有少量碎態(tài)磚塊及灰渣。輩層厚約林2.0m慎。城116.5繪人工填土層絮②穴Qh3慮粉質(zhì)粘土夾少浙量淤泥質(zhì)粉質(zhì)暢粘土。層厚斬3.0m棗。種167.7析第一陸相層副③慰Qh2-3引粉質(zhì)粘土、淤鈴泥質(zhì)粉質(zhì)粘土抓夾粘質(zhì)粉土、哥粘土。層厚吳3.0m眉。伴186.3久第一海相層莫④聯(lián)Qh2-2島淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘糠土、粉質(zhì)粘土頂夾淤泥質(zhì)粘土尿、粉質(zhì)粘土。掃層厚懇3.5m辱。廁177.3枕⑤貫Qh2-1側(cè)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘興土夾粉質(zhì)粘土敞、粘質(zhì)粉土、蒙粉砂等。層厚覆3.0m褲.交113.8刃⑥汪Qh1-3攻粉質(zhì)粘土夾砂及質(zhì)粉土、粘質(zhì)砌粉土、粘土。雁層厚坦4.5m蟲。家245.8滲第二陸相層捐⑦旋Qh1-2兵粉砂夾薄層狀棕粉質(zhì)粘土、粘獻(xiàn)土、粘質(zhì)粉土蟻。層厚鋼3.6m鍬。奏235.9抓⑧月Qh1-1亞粉質(zhì)粘土夾粘住質(zhì)粉土、細(xì)砂嚷。層頂埋深嶼22.6m擁，層厚大于窄7.4m中。繞228.5李(1)花榜場(chǎng)地類別劃分叮a唐.演平均波速法：趙勘察分析表明安本區(qū)地層為中陜軟場(chǎng)地土，且麥覆蓋層厚度大摸于脹60m龍。由蜂表鍋1斧中各悅層訴V刊s魄值，對(duì)深度課30m瘦范圍以內(nèi)各地菌層平均籃的哨V葬s懲值進(jìn)行厚度加偵權(quán)平均后得恒196.8m沫/膽s甚，參照文鉛獻(xiàn)筆(1)(P1燦4扁頁(yè)表勒柱)下知該區(qū)場(chǎng)地類躬?jiǎng)e粥屬塌Ⅲ粥類。躍(2)結(jié)酸地基土液化判污別：按公摘式竊(7吧)武計(jì)算地層的臨次界剪切波咬速刪(Vscr痰)見，當(dāng)實(shí)測(cè)地層喪剪切波速小挪于認(rèn)Vsc樹r關(guān)時(shí)該地層被判然為液化，否則擇為不液化。囑式中債：睛d形—悼剪切波測(cè)點(diǎn)深碎度煩(m姿)列；錦K遮v頃—辨系數(shù)，本區(qū)地尿震基本烈度慮為抖Ⅶ室度，則油取著4勁2蜓。啊計(jì)算結(jié)果表明最，在深仍度哨12.事0祖～引15升.0m肆范圍游內(nèi)愿(葛即海相層叨中王⑤冶Qh2-1腐)彼的淤泥質(zhì)粉土養(yǎng)夾粉砂大層蝕V扇s暈＜厲Vsc意r店，即判定為液活化層缸。射儲(chǔ)實(shí)亦例惕2縮乏正義峽輸水干辨渠基礎(chǔ)評(píng)伙價(jià)絹噴正義峽輸水干均渠地處甘肅省么酒泉地區(qū)金塔照縣境內(nèi)，輸水稱干渠自大墩門焰引水樞劉紐夕(蘿渠軍首滿)邀取水，經(jīng)金塔賀縣芨芨鄉(xiāng)、鼎慨新鎮(zhèn)和雙城子務(wù)鄉(xiāng)以及東風(fēng)場(chǎng)腐區(qū)內(nèi)的荒漠、觀戈壁灘，向內(nèi)逐蒙古自治區(qū)的炎額濟(jì)納旗平原搬供水，線路全培長(zhǎng)約角96.058款Km錦。干渠設(shè)計(jì)流歡量匯55m3闖/s珍；加大流量胃60m3五/s肯。渠道設(shè)計(jì)縱辮坡嚷1/1000床～摸1/2000晴，邊坡諷1慧：泰1.75磁，底寬堪3內(nèi)～沈6m醒，設(shè)計(jì)水深朝2.27愛(ài)～還3約.28m侵，設(shè)計(jì)流速泡1.92碼～牽2席.43m耀/s帆，一般為明挖益梯形混凝土預(yù)么制板襯砌斷面紀(jì)。懇渠基多由第四智系中、上更新皆統(tǒng)沖洪積松散懶堆積物組成，踩巖性為含礫砂壘、砂、含礫砂雕壤土、壤土、嶼粘土等。其中棋含礫砂、砂廣送泛分布于干渠窯沿線各段，且百在干渠競(jìng)0+000表～妥0+080窄及娘77+500戴～蠢95+803院渠段厚度較小肅，一般為堡3止～于6m簡(jiǎn)，其余地段厚界度均較大，一敢般多大于塘20m答。砂以細(xì)砂為蝦主，夾有呈透神鏡體狀分布的雹粗砂、中砂及擇極細(xì)砂等，礫怎石多為細(xì)礫，虎含量多小于估5%耐，磨圓度較好析。另外在該層伐中還夾有壤土仙、粘土等粘性井土層，多呈透盤鏡體展布，厚門度多小于夢(mèng)1.0m作；含礫砂壤土獸，分布于含礫融砂、砂層之下將，在干渠摧50+200肯～已69+500形渠段揭露，埋源深弦5頁(yè)～開10m巧，厚度大于遮10m攏，礫石多為細(xì)孕礫，含量小于煩5%灌，土為砂壤土睬。洗沿線地下水位謹(jǐn)在干渠上游段帝埋藏較深，一收般大于嗓10m襪（局部因地勢(shì)副低洼地下水位豐埋深約臺(tái)5盡～緩8m內(nèi)）；中游段埋翼深較淺，一般黑小于窄2壯～儀3m點(diǎn)；下游段埋藏改深度居中，一收般為宵4伸～攤7m復(fù)。同時(shí)，地下績(jī)水位的動(dòng)態(tài)變斗化受黑河河水渾的豐枯、田間恢回灌水的多少宰和人工開采量友的大小等因素印的控制較為顯羞著?；厍€實(shí)施剪瞧切波測(cè)試的鉆噴孔共算17歐個(gè)，所測(cè)鉆孔修均分布于渠道拘中心線上。測(cè)測(cè)試對(duì)象均為第練四系中、上更趨新統(tǒng)沖洪積松垃散堆積物，其各巖性主要為中蹲細(xì)砂或含礫中見細(xì)砂，其次為針含礫粗砂等；初其層間夾有薄堵層砂礫石、砂戶壤土、粉質(zhì)壤盈土等。從實(shí)測(cè)激結(jié)果來(lái)看具有貿(mào)以下規(guī)律：地油表以下地層隨輸深度的增加其株剪切波速和動(dòng)清剪切模量等動(dòng)館彈性參數(shù)逐漸稈增大。在測(cè)試焦深度內(nèi)具體可加劃分為三個(gè)速遷度帶，即深度息0酸～雀5m品范圍內(nèi)地層剪葬切波速一般為理190送～搖240m/s考，動(dòng)剪切模量丸一般為美0.057烏～貫0.096G脖Pa霉；深度嘴5絞～冰10m睬范圍內(nèi)地層剪遍切波速一般為競(jìng)250蔽～溜300m/s喇，動(dòng)剪切模量漿一般為奧0.103讀～拐0.143G辜Pa鴉；深度勉10登～橋15m礙的第四系中細(xì)秋砂、中粗砂層狀的剪切波速一吊般為盈300批～地450m/s灰，動(dòng)剪切模量者一般為燕0.143相～葛0.320G團(tuán)Pa卻。恨按照《建筑抗不震設(shè)計(jì)規(guī)范》鵲(稈GBJ11杜—湖89)銳規(guī)定，場(chǎng)地土為類型宜根據(jù)土夠?qū)蛹羟胁ㄋ兮nVs宋依表避2令標(biāo)準(zhǔn)劃分。舌粒表孤2

克色擊枯場(chǎng)地土類型劃客分受類別友巖土名稱和性噴狀曠平均剪切波速罪(楊m/s)欲堅(jiān)硬場(chǎng)地土棟穩(wěn)定巖石，密經(jīng)實(shí)的碎石土召Vs麥＞喉500史中硬場(chǎng)地土呈密實(shí)、中密的宰礫、粗、中砂凱500撤≥宗Vs錢＞虛250協(xié)中軟場(chǎng)地土染稍密的礫、粗滅、中砂艙250鞠≥協(xié)Vs乒＞密150脾軟弱場(chǎng)地土悲淤泥質(zhì)土、松爺散的砂涌Vs籌＜她140化由此可知，該葵輸水干渠渠基警深度炕0撇～踢5m熊范圍內(nèi)地層華(蘆含礫砂、砂等奸)匪屬于中軟場(chǎng)地設(shè)土；深度塔5都～傻10m易范圍內(nèi)地層釣(愁含礫砂、砂等裂)堡屬于中硬場(chǎng)地膚土；深度鄙10科～晉15m彩的第四系中細(xì)塘砂、中粗砂地顧層也屬于中硬逆場(chǎng)地土。貼5結(jié)語(yǔ)犁彈性波在哥巖頂(播土疼)核層中的傳播速勢(shì)度是反映獄巖劫(案土避)尿體的