岩土工程勘察中波速检测技术的应用盛余应

岩土工程勘察中波速检测技术的应用盛余应

盛余应

广州铁诚工程质量检测有限公司广东广州510000

摘要：作为一种便捷、快速的勘察技术，波速检测技术可较好服务于岩土工程勘察，这使得该技术在我国岩土工程勘察领域有着较为广泛应用。基于此，本文简单介绍了波速检测技术及应用路径，并选择了某地煤矿建筑岩土勘察工程作为研究对象，希望由此能为相关业内人士带来一定启发。

关键词：岩土工程勘察；波速检测技术；岩土承载力值

前言：随着经济与社会的快速发展，我国岩土工程的规模和数量均不断增加，岩土工程勘察的受关注程度也因此不断提升。为保证岩土工程勘察能够明确施工所在区域的地质、水文条件，针对性的勘察技术选用必须得到重视，本文研究的波速检测技术便属于应用范围较广的岩土工程勘察技术。

1.波速检测技术及应用路径

1.1工作原理

在岩土工程勘察中，波速检测技术主要存在两种应用方式，即单孔法波速检测、跨孔法波速检测，二者均适用于岩石和各类土层。单孔法波速检测具备操作过程简单、结果准确度较高特点，而跨孔法波速检测则存在实施不方便、检测过程复杂特点，因此单孔法波速检测属于岩土工程勘察中最为常用的波速检测技术。在单孔法波速检测过程中，钻具需沿着垂直方向钻一个孔，以此满足检测需要，一般采用地表激发孔中接收法进行测量，从地面激发出来的弹性波可通过孔内的检波器完成接收。弹性波与天然地层岩土传播的途径存在较高相似之处，因此其可以较好服务于地层分析。如果在孔口附近垂直激发地面振源，即可获得P波，如果正反向激发地面振源，则会产生S波。深入分析可以发现，S波的传播速度慢于P波，而随着钻孔深度的增加，S波会因振幅增加导致频率降低，而P波则会因波幅减小导致频率升高。此外，在水平激发前提下，P波相位不会发生变化，S波相位反向[1]。

1.2应用方法

波速检测技术在岩土工程中的具体应用必须做好充足的准备工作，准备工作主要包括场地的整合、激振板准备，应在距离井口1.5m处位置放置激振板，并保证井口中心与模板的中垂线相互重合。为保证地面与木板实现紧贴，需在模板上放置重物，由此即可进一步提升波速检测技术应用的准确性。完成准备后，需首先敲击模板两侧实现S波的激发，未得到较为清晰的S波，需进行多次敲击，而在确定S波后，P波的获取需基于垂直方向进行铁板的敲击。检测过程需在孔中放置检波器，并保证检波器放置的位置深浅控制合理。对于传播至地震仪的弹性波信号，地震仪会自动记录和存储信号信息，并开展针对性的分析与处理。为保证波速检测技术更好服务于岩土工程勘察，以下几方面技术应用要点也需要得到重视：（1）合理布置测量点。勘察人员必须对地质情况开展充分考察，以此合理控制测量点，保证测量点的松散、紧密程度合理，相邻测量点距离应控制在1~3m区间，按照从下到上的顺序进行测量。（2）S波检测。在S波的测试中，勘察人员应沿着纵轴敲打木板，以此保证获得S波的极性不同。（3）P波检测。如检测过程中的敲击无法保证充足能量的产生，必要时可采用爆炸的方法进行P波检测。（4）测量精度控制。为保证测量精度，应避免所有测试仅进行一次，部分测点必须重复测量，测量结果精确性可由此得到较好保障。

2.实例分析

2.1工程概况

为提升研究的实践价值，本文选择了某地煤矿建筑岩土勘察工程作为研究对象，该工程场地地层由老至新分别为强风化云母片岩石、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂、素填土。为满足工程建设需要，岩土工程勘察采用了波速检测技术，以此明确工程场地与地层类型、卓越周期、动力参数，并同时估算岩土承载力值、判别砂性土地震液化势。

2.2基本判别

基于抗震设计规范，岩土勘察人员首先开展了钻孔施工，并以此进行了S波波速检测，检测结果分别为206m/s、205m/s，对应的覆盖层厚度分别为29m、28m，由此开展分析可以发现，研究对象煤矿建筑工程施工场地的类别为Ⅱ类，属于中软土地层。为判断作业周期，需对钻出的两个孔进行具体计算，由此可得出场地的卓越周期分别为0.3941s、0.3883s。采用地脉动法进行两个控制的实地测量，得出的结果分别为0.3927s、0.3867s，可见公式计算与实地测量求得的结果较为吻合，测量的准确度由此得到了证明[2]。

2.3动力参数计算

采用高速检测技术进行研究对象工程的动力参数计算，根据测量获得的s波与P波的弹性波速，即可应用式（1）进行动力参数计算，式中的u、Vp、Vs分别为泊松比、压缩波速度、剪切波速度。在岩土工程勘察的波速检测技术应用中，抗震性能的准确验算属于其中关键，这一验算需要建立在应用波速检测技术的地层弹性参数检测基础上。通过开展单孔法波速检测，可确定剪切波的平均速度为348m/s，图1为二维剪切波波速模型，由此即可满足岩土弹性动力参数的计算需要。

（1）

图1二维剪切波波速模型

2.4岩土承载力值估算

岩土承载能力的估算需采用剪切波速法，这是由于岩土承载能力和剪切波速值存在一定比例关系，而结合以往同类工程可以发现，淤泥岩土层、松散砂和粉土层、软塑粉质粘土层、硬塑粉质粘土层、中密中粗砂和硬塑粉质粘土层、密实中粗粒砂石层、强风化岩的承载值分别处于6.9~9.6t/m2、9.1~12.3t/m2、15~16t/m2、25~28t/m2、20~22t/m2、25~28t/m2、＞40t/m2区间，其剪切波速分别为70~80m/s、141~148m/s、210~220m/s、310~350m/s、258~278m/s、410~440m/s、＞500m/s，由此进行分析可发现，含有质地较坚硬砂砾或大粒径砂砾的岩土层局部更高的承载能力，且剪切波速值也相对较大，而如果岩土层中存在较为粘软的砂砾或小粒径砂砾，岩土层的承载力相对较小，且其对应的剪切波速值同样会出现一定下降。值得注意的是，岩土施工安全与岩层承载能力存在较为紧密的联系，为保证周围环境及施工人员的安全，岩土工程勘察环节必须合理应用波速检测技术明确其岩土承载能力。

2.5砂性土地震液化势判断

结合地震的基本烈度及工程所在地实际，岩土工程勘察的砂性土地震液化势判断主要围绕深度为15m的施工区域范围内岩土展开，判断过程充分结合了国家相关标准和规范。具体的判断过程需计算剪切波速值，如实际测量值大于理论公式计算值，即可判断砂性土层不液化。研究对象工程的孔深4.9~8.8m范围内的岩性土层主要为粉砂，剪切波速临界值、剪切波实际测量值分别为116~142m/s、171~177m/s区间，可见该范围内的岩性土层存在部分砂性土液化，其余孔深范围的砂土则不存在液化现象。深入分析可发现，在场地15m深范围内，粉砂层的剪切波速临界值大于实测值，因此可判断存在部分液化土层，粉土层的剪切波速值的实测值大于临界值，因此可判定为不液化土层。

结论：综上所述，波速检测技术可较好服务于岩土工程勘察，在此基础上，本文涉及的基本判别、动力参数计算、岩土承载力值估算、砂性土地震液化势判断等内容，则提供了可行性较高的波速检测技术应用路径，而为了保证该技术更好服务于岩土工程勘察，震源方式与测试仪器的合理选择、检测过程中各项规定的严格遵守均需要得到重点关注。

参考文献：

[1]刘静.岩土工程勘察中波速检测技术的应用[J].建材与装饰，2019（09）：225-226.

[2]焦连强，胡爱彬.波速检测技术在岩土工程勘察中的应用方式[J].中国水运（下半月），2019，19（02）：226-227.