剪切波测试中的几个问题

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一、波速测井仪/波速仪仪器设备的选择

剪切波测试仪器可以使用3通道以上的振动测试仪器，测试根据测试规范要求，数据转换的位数至少为12位，同时为了保持三个通道相位一致性，要求三个通道的数据要同时采集并模数转换，现在有的厂家为了追求成本，使用单通道模数转换器配合模拟开关，对三个通道轮流采样，假设一个数据的转换时间为t，则三个通道的转换时间为3t，每个通道的相位差为ωt，如果一个数据的小转换时间为t，则根据采样定理，采样间隔小为6t，场地振动测试仪采用三通道并行数据采集的设计方法，同时采集三个通道的振动数据，有效的解决了相位差问题。

二、波速测井仪/波速仪震源与激发

剪切波的振动方向和波的传播方向相垂直，所以接收方向的选择很重要，为了突出剪切波，必须使检波器的大灵敏度方向和波的传播方向相垂直（也就是和振动方向相一致）。另外，剪切波是在压缩波之后到达的续至波，容易受到干扰，因此在测试中应使震源的振动具有明显的方向性，以突出剪切波的信号。

常见的激振系统有以下三种：

1、波速测井仪/波速仪大锤击板法：（见图1）该方法比较方便、实用。它是将激振木板平放在离孔口1～3m处的地面，木板规格为：长度约2.5～3m，宽度不小于40cm,厚度不小于15cm，且两端宜包上一定厚度的铁皮或橡胶。木板安装时，宜埋入地面一定深度或木板底面直接嵌有一定长度的铁脚钉直接插入土中，再在木板上压以重物（500Kg以上，压上大卡车双后轮更好），使木板与地面紧密接触，除此之外，还可以在木板的四周打入1m以上的Φ22钢筋以加固木板，以防止敲击时木板的滑移。再用铁锤沿板的纵向分别敲击板的两端，木板与地面产生剪切力，使地层产生相应方向的剪切波。

试验表明：当增加激振木板的荷载时，剪切波的振幅将随荷载的增加而近似于线形的增加，但当荷载增加到一定的值后，剪切波的振幅就不在增加了。此外，激发的效果还和敲击力的大小、木板的几何形状以及木板和地面的摩擦系数等有关系。

图1大锤击板法

2、波速测井仪/波速仪弹簧激振法：（见图2）它是由木板，弹簧、穿心锤等组成．试验前用地脚螺钉将木板固定地面，弹簧一端用地锚固定，试验时将穿心锤拉到一定距离后、突然放开，利用弹簧的弹力冲击木板，使板与地面产生剪切力，从而使地层产生剪切波。这种震源装置使用起来比较麻烦，但稳定性，重复性都较好，激震能量也较大，一般能测较深钻孔的波速。

激振系统根本的作用就是激发出剪切波，大锤击板法和弹簧激振法都能激发出较好的剪切波，而定向爆破法在产生剪切波的同时也产生了较大能量的压缩波，会对测试产生一定的影响。

要产生出剪切波，就要有机械的剪切动作，现在有些仪器设备使用无机械剪切动作的设备，主观意愿产生出足够能量的剪切波，我们认为这个从测试理论上就是站不住脚的。产生不了剪切波，就采集不到剪切波信号，即便是采集到了振动信号，也不是剪切波信号，对测试结果没有任何用处。

三、波速测井仪/波速仪信号的接收

测试信号的接收依靠三分量检波器，也就是我们通俗讲的“剪切波探头”，探头可以接受两个水平方向的剪切波信号（互成90°相位差）和一个垂直方向的压缩波信号。在实际的测试过程中，剪切波信号比压缩波信号能量小，传播速度慢，为了能够准确的采集到剪切波信号，就必须要求探头和测孔紧密耦合，现在经常使用的探头，按外型分有气囊式和弹簧式两种，这两种都能紧密的和测孔耦合，但是气囊式探头使用比较繁琐，它需要每个测点打一次气和放一次气，也就是说，如果有个测孔20米深，需要测20个点，则需要打20次气和放20次气；弹簧式探头虽然使用比较方便，当要注意塌孔。现在有些厂家生产既没有气囊也没有弹簧的剪切波探头，通体光滑，他们的理论是：在有孔液的的测孔中，通过孔液的耦合，探头也能接收到剪切波信号。我们对此持怀疑态度。*，波在液体中比在固体中能量消散更快，通过孔液耦合的方法，能准确的测得有效信号吗？

四、波速测井仪/波速仪波形的判读和数据处理

用击板法测试时，接收区产生的压缩波能量较小，剪切波在波形上能较清晰的出现，如果遇到剪切波不易辨认时，可采用在木板两端分别敲击的方法，这时采集到的两次剪切波形将呈现相位相反的现象，而压缩波的相位不变，从而可以容易的区分剪切波和压缩波，并判读出剪切波起跳位置。

压缩波比剪切波传播速度快，所以在曲线上反映出来压缩波先到达，然后才是剪切波；而且压缩波振幅小，剪切波振幅大。

剪切波测试的目的是进行场地评价，给建筑设计提供参考依据，土体等效剪切波速是从地面到一定测试深度的土体波速的综合反映，并不是具体到某个特定土层的波速，许多用户在这一点还理解的不是很清楚，往往混淆这两个概念。

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