基于项目案例下的波速静力触探与钻孔剪切波测试结果对比

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摘要：本研究结合某项目的实际情况，采取波速静力触探与钻孔剪切波对其地震波速指标进行测试。根据结果来看，相较于钻孔剪切波，波速静力触探具有更高的测试效果，同时具有较好测量姿态、具有更高稳定性以及能够与孔壁土体有效耦合，同时其测试成果也具有更高的准确性，操作便捷程度也更高，值得推广运用。

关键词：波速静力触探；钻孔剪切波；波速测试

1项目概况

某工程处于天津市滨海区，与海湾西岸邻近。沿线裸露出来的地层区域主要为第四系全新统冲积层（）与海积层（）。其下则主要为第四系上更新统冲积层（）与海积层（）黏土、粉土、粉质黏土等，线路通过区为第四系冲海积平原，沿线均有软土分布，对铁路工程影响较大。软土广泛发育于第1海相沉积层中，岩性为淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土，呈流塑状，顶板埋深0.8～13 m，厚0.6～18 m；沿线分布于洼地及排水沟底部的淤泥，厚0.4-1.5m。

2试验设计

为了能够更为顺利的完成本次波速静力触探与钻孔剪切波勘察对比试验，本项目主要是基于波速静力触探试验基础以及操作流程上来实现设计处理，与此同时，在相邻孔位做出相应的常规钻孔剪切波的测试，以便更好的实现对波速静力触探与钻孔剪切波测试结果的对比分析。

结合本次试验最主要目的以及波速静力触探的试验测试特征，制定对应的测试操作方案，具体原则为：

（1）结合波速静力触探的具体操作原理和测试方法，该项方法实际上属于单孔法的测试，地下检波器实际上本身就是一种下孔处理法。

（2）为了能够实现对波速静力触探与钻孔剪切波测试放到测试工艺与流程的优化、测试处理，确保波速静力触探与钻孔剪切波测试结果能够在同步运行的同时，做到相互之间不存在干扰问题，这就需要完成波速静力触探与钻孔剪切波两套测试方案的设计，并能够做到边触边测，还能够做到触摸之后再测试[1]。

（3）为了更好的确保波速静力触探与钻孔剪切波测试结果与质量得到有效保证，在对某深度实施测试操作之前，必须通过两侧对称敲击震源，同时配合单侧多次敲击的处理方案，通常需要达到2次及以上。两侧对称的敲击实际上主要采取的是交叉法（相反极性法），主要是配合剪切波所发挥的极性特征，在震源板的两侧来进行激发，从而达到更好的极性相反两个剪切波的效果，确保两者的波形能够相互叠加而做到振幅为零的交叉效果，为此，该信号不容易遭受到噪声的影响而出现失真情况，使得交叉点能够作为基本特征点更好的进行时间差的计算。单侧多次敲击主要是为了能够更好的防治出现噪声问题，这就会致使波形有异常情况，很难追踪到初始的时间，导致试验点因此失效[2]。

在对波速静力触探实施测试操作期间，该项测试方法必须根据相关原则来处理，本次试验不对其过多赘述。波速静力触探与钻孔剪切波测试期间并不存在相互影响的情况，这就需要制定边触边测和触后两套不同的测试方案，具体的测试操作流程为：

（1）边触边测方案：在实施触操作之前，必须对波速进行测试，测试的深度应当做到从上向下，从浅到深，具体的处理流程必须保证触探机能够落实到位。具体：对震源进行布置，随后将相关仪器设备完成连接调试处理，对1m点位进行触探，实现波速测试处理，循环实施波速测试与触探操作，并确保其能够达到终孔[3]。

（2）触后再测方案：在完成触探操作之后，即可实施波速测试处理，测试深度同样采取从上向下，由深到浅的顺序。具体的操作流程，在将触探机放置到位之后，即可进行震源的布置，随后将相关仪器设备完成连接调试处理，实施触探到终孔位置，对孔底做好相应的波速测试处理，逐节将深杆拔起，随后即可实施波速测试与触探操作[4]。

在通过实践操作之后，即可了解到波速静力触探与钻孔剪切波两项测试方案可以进行联合测试，但从操作便捷程度以及工序连续性来说，推荐在进行波速静力触探之后再进行后续测试处理。当然应当基于工程的具体来进行相应的处理，两套方案可以同时运用，即可达到相互印证，确保取得最佳的测试结果[5]。

3测试成果整理

在完成现场的测试处理之后，即可将测试数据导出，随后采用专门的剪切波分析软件来获取的数据做好相应的分析整理，在这个过程中需要完成以下环节，具体操作如下：

3.1波形分析

在对震源进行敲击的过程中，会产生相应的压缩波折射，实际上所获得的波形记录主要是将压缩波与剪切波能够复合在一起，为了能够更好的实现对第一个剪切波到达时间的正确辨别，这就需要尽可能地实现水平敲击处理，确保震源能够产生更具有优势的剪切波，同时结合剪切波比压缩波传播速度相对更慢，压缩波通常会先达到与其，以及压缩波的波峰相对更小、传递能力也相对较小，剪切波的波峰更高、传递能量相对更大，同时这两种不同的波频率也有着明显差异，剪切波在达到之后，波峰会迅速升高到压缩波的2倍及以上，通过合理区分与识别即可获得最终结果。

孔内所采用的检波器主要包括了量种，分别为竖直检波器、水平检波器。其中水平的检波器能够更好的体现出剪切波的最佳信息，选择最佳接收记录就能够得到更好的整理，这就需要选取左侧、右侧对相应的波形通道进行敲击，并实施相应的叠加（重叠）处理，获得各深度处波形的一览结果图[6]。

需要引起高度关注的是，在进行波速静力触探测试操作期间，探头往往需要保持数值以及不存在转动的情况下，为此，在进行测试期间，需要确保波速探头姿势能够始终保持较为稳定的状态，这就能够促使波速静力触探能够达到最佳的测试效果。

3.2观测点初至时间分析

在波形一览图上选取一个能够由浅到深逐步追踪以及峰值相对较为明显的相位，同时配合软件来做好标记处理，即可将确定的观测点调整到初始的时间值，并将其导出，以便下一步实现剪切波速的合理计算。

3.3剪切波速度计算

运用垂直距离来对波速进行计算的过程中，应当将斜距读时调整为正向的垂直阅读，并通过以下公式来完成垂直时间的换算[7]：

上述公式中，主要用于对读取的斜距旅行距离的计算；H主要用于对孔中检波器与孔口地面距离进行计算；D主要用于激发点与孔口之间距离进行表示。

垂直时间的计算结果，见表1。

选取最佳的比例尺，基于观测点的垂直时间以及实际深度来进行深曲线的绘制。结合时深曲线斜率变化来实现对深度层的划分（图1），与此同时，在实施分层操作期间，应当结合波速静力触探与钻孔剪切波的地质分层情况，来做好合理的分层处理，同时最大程度上提升各层波速的测试信息可靠性。这就需要将波速静力触探与钻孔剪切波的测试结果相互结合起来，从而形成更为科学的柱状图。

4与钻孔波速对比分析

在本项目实施过程中，除了实施波速静力触探测试处理之外，还需要就结合常规方法来实施钻孔速波的测试处理[8]。下文还将主要从时深曲线以及等效剪切波速两个不同方面来实现对波速静力触探与钻孔剪切波两个不同的方面来做好相应的对比分析处理。

4.1时深曲线对比

波速静力触探与钻孔剪切波两项测试的时深曲线对比结果见图2，由此可知，两者表现出非常明显的时深曲线的同步，总的垂直时间也能够保持基本一致，波速静力触探的垂直时间也相对于钻孔波速垂直时间明显更低。

4.2等效剪切波速对比

结合抗震设计的相关要求，来实现对波速静力触探与钻孔剪切波两项测试结果的对比，具体为：

0-25m范围内的等效剪切波速计算结果显示，波速静力触探的等效剪切波速为140m/s，钻孔剪切波之间的等效剪切波速为137.9m/s，两者之间存在1.5%的误差。根据结果来看，波速静力触探与钻孔剪切波两项测试结果有着相对较小的差异，同时波速静力触探能够更好的达到剪切波的测试要求。

总之，波速静力触探与钻孔剪切波两项测试，在时深曲线上表现出波速静力触探垂直时间相对较短，但在等效剪切波速上表现出较大优势。该项结论正好体现出了波速静力触探本身具有较好测量姿态、具有更高稳定性以及能够与孔壁土体有效耦合等结论，具体来说，前者也能够更好的满足实际情况，具有技术层面上的先进性特征。

5结论

本研究主要以项目案例为对象，对波速静力触探与钻孔剪切波两种不同的勘察方法来进行地震指标的测验，在触探操作中波速静力触探与钻孔剪切波联合运用，取得了以下几点结论：

（1）相较于钻孔剪切波，波速静力触探具有较好测量姿态、具有更高稳定性以及能够与孔壁土体有效耦合，同时其测试成果也具有更高的准确性，操作便捷程度也更高。

（2）针对优化测试工艺以及具体测试流程，必须确保波速静力触探与钻孔剪切波两者之间不存在干扰情况，并设计出两套不同的测试操作方案。测试方案均能够更好的满足波速静力触探与钻孔剪切波联合测试效果，但为了保证测试便捷性和连续性，推荐采用触后再测的操作方案。但若条件允许的情况下，也能够同时完成两套方案，以便更好的进行测试结果的对比印证。

（3）波速静力触探与钻孔剪切波两项测试结果对比结果来看，前者在时深曲线上表现出明显的时间相对较短，在等效剪切波速的计算上却相对较大。但该结论与结论（1）观点一致，即表明两者相比较，波速静力触探测试结果能够获得更靠近实际情况的结果，具有更高的技术性，也能够获得更好的满足剪切波测试生产要求。

参考文献

[1]赵定宇.浅谈桥梁基础地质勘察中钻孔剪切波的应用[J].中国科技纵横，2018（8）：141-142.

[2]薛明，石宝文，王刚，等.用钻孔剪切波特征判定塌孔和划分地层的研究[J].地球物理学进展，2017，32（3）：1405-1411.

[3]张帝，曲淑英，侯兴民.基于钻孔脉动分析土层剪切波速[J].工程抗震与加固改造，2019，41（5）：131-139.

[4]靖洪文，苏海健，史新帅，等.基于井下钻孔剪切的煤矿巷道围岩强度演化规律研究[J].岩石力学与工程学报，2019，38（12）：2428-2437.

[5]刘德取，王修利，付静.超声波与剪切波测试技术在公路工程勘察中的应用[J].四川建材，2019，45（2）：64-65.

[6]段伟，蔡国军，刘松玉，等.多功能参数静力触探在地震液化判别方法中的应用进展研究[J].地震工程学报，2020，42（3）：764-776.

[7]梁文成，王兴乐，祝刘文，等.海床式十字板剪切试验和静力触探试验两用仪的研制与验证[J].地质装备，2020，21（4）：19-23.

[8]王俊珠，覃楚倩，罗旭龙，等.静力触探在水合物勘探中的应用[J].海洋地质前沿，2019，35（11）：52-59.

作者简介：熊明伟（1987.9-），男，大学本科学历，现任广东省地质局第十地质大队岩土工程工程师。长期从事岩土工程勘察及岩土工程设计工作。