土动力学测试.pptx

3.3原位动力测试原位动力测试按其使用目的可分为三类：按其使用目的可分为三类：(1)土的动力参数测定，例如小应变幅下土的弹土的动力参数测定，例如小应变幅下土的弹性参数及土体中波的传播速度等；性参数及土体中波的传播速度等；(2)土体的动力反应试验，例如振动衰减试验等；土体的动力反应试验，例如振动衰减试验等；(3)土体结构受振条件下的原型观测，例如各种土体结构受振条件下的原型观测，例如各种动力作用下土体振动性状的实际观测等。动力作用下土体振动性状的实际观测等。按其测试条件又可分为三类。按其测试条件又可分为三类。(1)原位试验；原位试验；(2)现场模拟试验；现场模拟试验；(3)原型观测。原型观测。(1)波速试验；波速试验；(2)地脉动试验；地脉动试验；(3)激振法试验；激振法试验；(4)循环荷载板试验；循环荷载板试验；(5)静力触探试验；静力触探试验；(6)标准贯入试验；标准贯入试验；(7)动力旁压试验；动力旁压试验；(8)原型观测；原型观测；(9)振动衰减试验振动衰减试验;试验方法试验方法弹性模量弹性模量剪切模量剪切模量阻尼比阻尼比衰减系数衰减系数液化剪应液化剪应力力折射法折射法 反射法反射法 表面波速表面波速法法 钻孔波速钻孔波速法法 动力旁压动力旁压试验试验 标准贯入标准贯入试验试验 3.3.1波速法波速法波速试验一般包括钻孔波速法、表面波波速试验一般包括钻孔波速法、表面波法；法；测定地基中测定地基中P波波(压缩波压缩波)、S波波(剪切波剪切波)和和R波波(瑞利波瑞利波)的速度；的速度；作用作用:(1)可计算地基在小应变幅时的动弹性模量可计算地基在小应变幅时的动弹性模量正、动剪切模量正、动剪切模量G、动泊松比，并由振动系动泊松比，并由振动系统可求得刚度统可求得刚度K和阻尼比和阻尼比D；(2)可进行场地土类型划分、土层的地震反应分析、可进行场地土类型划分、土层的地震反应分析、地基固有周期的计算、饱和土层液化势的评价；地基固有周期的计算、饱和土层液化势的评价；(3)在地基勘察中，配合其它测试方法综合评价在地基勘察中，配合其它测试方法综合评价场地土层物理学参数；场地土层物理学参数；(4)在工程检测中，评价地基基础加固效果和工在工程检测中，评价地基基础加固效果和工程质量；程质量；(5)解决基岩起伏、松散覆盖土层厚度以及查明解决基岩起伏、松散覆盖土层厚度以及查明断裂构造带位置等。断裂构造带位置等。钻孔法包括上孔法、下孔法和跨孔法。钻孔法包括上孔法、下孔法和跨孔法。表面波法、折射法和反射法统称为表面表面波法、折射法和反射法统称为表面法法跨孔法跨孔法跨孔法主要测定地层中传播的跨孔法主要测定地层中传播的S波。波。三个钻孔布置在一条直线上；三个钻孔布置在一条直线上；钻孔间距：土层钻孔间距：土层3-5米，岩石米，岩石8-10m；钻孔直径：保证振源和检波器在孔中顺钻孔直径：保证振源和检波器在孔中顺利上下移动；利上下移动；钻孔深度：钻孔深度：10m；按振源不同，有两种测试方法：采用剪按振源不同，有两种测试方法：采用剪切波锤的测试方法，采用标贯的测试方切波锤的测试方法，采用标贯的测试方法。法。数据处理数据处理跨孔法一般按下列步骤计算波速值：跨孔法一般按下列步骤计算波速值：(1)利用竖向传感器的波形记录，确定在每一测利用竖向传感器的波形记录，确定在每一测试试深度深度S波到达每个接收孔的初至时间波到达每个接收孔的初至时间ts1、ts2。(2)利用水平传感器的波形记录，确定在每一测利用水平传感器的波形记录，确定在每一测试深度试深度P波到达每个接收孔的初至时间波到达每个接收孔的初至时间tp1、tp2。(3)按测斜资料，计算由振源到每个接收孔的距按测斜资料，计算由振源到每个接收孔的距离离S1、S2及差值及差值 S=S2S1。(4)按下列公式计算在每一测试深度的按下列公式计算在每一测试深度的S波及波及P波波速度值速度值跨孔法可量测小应变时波的衰减。跨孔法可量测小应变时波的衰减。在距振源不同距离在距振源不同距离r处振幅的变化：处振幅的变化：a衰减系数；衰减系数；设距离振源设距离振源r1和和r2两个测点的振幅分两个测点的振幅分别为别为A1和和A2，得到这两点的振幅比为：得到这两点的振幅比为：工程上常用阻尼比工程上常用阻尼比D表示材料阻尼，与衰表示材料阻尼，与衰减系数的关系为：减系数的关系为：t为波在测点间传播的时间为波在测点间传播的时间下孔法下孔法每层土设两个以上测点每层土设两个以上测点数据处理数据处理方法方法1：将波传播历时将波传播历时t0换算成垂直下行至测点的换算成垂直下行至测点的历时历时t，由上式绘制由上式绘制zt关系曲线关系曲线(称垂直时距曲称垂直时距曲线线)。时距曲线上一点的切线在。时距曲线上一点的切线在t轴的斜率轴的斜率(dzdt)就是相应深度地层的波速。就是相应深度地层的波速。(1)由水平、垂直检波器的记录，分别得到由水平、垂直检波器的记录，分别得到S波、波、P波从振源到每一测试深度的时间波从振源到每一测试深度的时间to(s)、to(p)。(2)按上式对每一深度测得时间作斜距校正，按上式对每一深度测得时间作斜距校正，将将to(s)、to(p)依次替代式中依次替代式中to；(3)以深度以深度z为纵坐标，以校正后的时间为纵坐标，以校正后的时间t为为横坐标，绘制时距曲线图。横坐标，绘制时距曲线图。(4)结合实际地层变化并根据时距曲线上具结合实际地层变化并根据时距曲线上具有不同斜率段划分波速层。每一折线段有不同斜率段划分波速层。每一折线段斜率的倒数即为此段所在区间地层的波斜率的倒数即为此段所在区间地层的波速。速。第一层波速第一层波速第第i层波速：层波速：得到如下波速计算公式：得到如下波速计算公式：当当d较小而测点较深时，较小而测点较深时，折射法试验折射法试验在地下传播的弹性波达到两层性质在地下传播的弹性波达到两层性质和密度不同土层的界面时，就要发生折和密度不同土层的界面时，就要发生折射和反射，设弹性波在这两土层中传播射和反射，设弹性波在这两土层中传播的速度分别为的速度分别为v1和和v2，在界面的入射角与在界面的入射角与反射角为反射角为 1，折射角为，折射角为 2，入射角与折入射角与折射角之间关系为射角之间关系为当折射角当折射角 290时，折射线与界面时，折射线与界面平行，这时的入射角平行，这时的入射角 1称为临界入射角称为临界入射角 反射法试验反射法试验 反射法试验是用弹性波反射的原理，反射法试验是用弹性波反射的原理，在地面上设振源，在距振源不同的距离在地面上设振源，在距振源不同的距离处设拾振器，测反射波到达的时间，推处设拾振器，测反射波到达的时间，推算波速。反射法能用于土层厚度大于算波速。反射法能用于土层厚度大于100m的勘查。的勘查。折射波法和反射波法成果应用折射波法和反射波法成果应用计算地基刚度和阻尼比计算地基刚度和阻尼比划分场地土类型划分场地土类型计算场地卓越周期计算场地卓越周期T表面波速法表面波速法瑞利波：表面波，瑞利波从表面的振源向瑞利波：表面波，瑞利波从表面的振源向四周传播，引起地面上竖直的和水平的两四周传播，引起地面上竖直的和水平的两种质点运动，但在地面以下很快消逝。瑞种质点运动，但在地面以下很快消逝。瑞利波波速利波波速vr vrkvsK值与泊松比有关，值与泊松比有关，v=0.25,k=0.919;v=0.3,k=0.928;v=0.40,k=0.942;v=0.5,k=0.955;当当v=0.25时，瑞利波辐射振源的能量占时，瑞利波辐射振源的能量占67，绝大部分是在深度为一个瑞利波长，绝大部分是在深度为一个瑞利波长的土层内传播的。因此，可以用表面波的土层内传播的。因此，可以用表面波速法试验确定剪切波波速。速法试验确定剪切波波速。稳态激振稳态激振瞬态激振瞬态激振稳态激振稳态激振 根据激振频率根据激振频率f和实测波长和实测波长 R，按下按下式计算式计算R波波速波波速vR瞬态激振（瞬态激振（SASW法）法）利用一次地面冲击下两检波器的利用一次地面冲击下两检波器的多频信号进行频谱分析多频信号进行频谱分析(简称简称SASWspectralAnalysisofSurfaceWave),确定确定相位差与频率的关系，由此得相位差与频率的关系，由此得R波弥散曲波弥散曲线。线。用锤击地面产生多种频率成分组成用锤击地面产生多种频率成分组成的瑞利波向四周传播，在振源附近设置的瑞利波向四周传播，在振源附近设置两个拾振器得到相频曲线，得到这两个两个拾振器得到相频曲线，得到这两个测点在各种频率成分时的相位差测点在各种频率成分时的相位差设任一频率设任一频率f时两点之的相位差为时两点之的相位差为，两点之间瑞利波传播的时间为两点之间瑞利波传播的时间为：地面上两点的距离为地面上两点的距离为r2r1，可以得可以得到相速度和相应的波长。到相速度和相应的波长。衰减特性测试衰减特性测试在距振源不同距离在距振源不同距离r处振幅的变化处振幅的变化Ar距离振源距离振源r处的振幅处的振幅A0谐振振源处的振幅谐振振源处的振幅a衰减系数衰减系数波动能量逸散的阻尼，波动能量逸散的阻尼，材料阻尼材料阻尼 设距离振源设距离振源r1和和r2两个测点的振幅分两个测点的振幅分别为别为A1和和A2，得到这两点的振幅比为：得到这两点的振幅比为：3.3.2动力旁压试验动力旁压试验 动力旁压试验是将可周期加压力的旁压动力旁压试验是将可周期加压力的旁压仪放在钻孔中对孔壁往复加压，测试土仪放在钻孔中对孔壁往复加压，测试土的动力变形特性的动力变形特性土的等效剪切模量为：土的等效剪切模量为：Vo压力室在相当于原位侧压力压力室在相当于原位侧压力p0下的体积下的体积Vm相当于弹性变形阶段平均压力时的体积相当于弹性变形阶段平均压力时的体积V周期压力幅值为周期压力幅值为p时的体积时的体积等效阻尼比为：等效阻尼比为：