巖土工程師

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摘要：以實例說明了P.S測井技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及其效果。文章由概述、工作原理、測試方法和工程實例等構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：地震勘探 P.S測井 剪切波 壓縮波 應(yīng)用

1 概況

P.S測井又稱彈性波速度測井，它是地震勘探方法之一，也是地球物理測井技術(shù)的一個重要分支，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。

一般來說，P.S測井可原位測定壓縮波(Pressure Wave)和剪切波(Shear Wave)在巖(土)體中的傳播速度，從而避免了室內(nèi)測試所帶來的誤差，它能有效地解決許多地質(zhì)問題，諸如確定場地土類型、建筑場地類別;提供斷層破碎帶、地層厚度、固結(jié)特性和軟硬程度、評價巖(土)體質(zhì)量等;并可計算工程動力學(xué)參數(shù)，如動剪切模量、動彈性模量等。本文介紹了P.S測井的工作原理和野外測試方法，并結(jié)合工程實例，說明其應(yīng)用效果。不妥之處，請批評指正。

2 工作原理

以巖(土)體的彈性特征為基礎(chǔ)，通過測定不同巖(土)層的剪切波(S波)、壓縮波(P波)的傳播速度，計算巖(土)體的動彈性參數(shù)，據(jù)此判定巖(土)體的工程性質(zhì)，為工程設(shè)計提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

實測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的特性來識別S波的初至?xí)r間。圖1為正反向激發(fā)時由地震儀記錄的實測波形圖。

3 測試方法

實測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，測試孔應(yīng)位于木板長軸的中垂線上，使木板與地面緊密接觸。木板長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，產(chǎn)生彈性波(此時以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，并通過連接電纜輸送給地震儀，再由地震儀記錄并存儲以備后期數(shù)據(jù)處理之用，圖2為單孔檢層法測試示意圖。

單孔檢層法測試彈性波時，由于震源板離孔口尚有一定距離，所以計算測段內(nèi)地層波速時需將彈性波的非縱測線旅行時校正為縱測線旅行時，計算公式如下：

式中：t’—縱測線旅行時(s); t—非縱測線旅行時(s);

h—測點孔深(m); x—震源板距孔口的距離(m)。

由校正后的縱測線旅行時求得各測試地層的彈性波速，進而可根據(jù)剪切波速Vs和壓縮波速Vp計算巖(土)層的動彈性參數(shù)。計算公式如下：

Ed=2ρVp2(1+μ) ……………………………………(4)

Gd=ρVs2 ……………………………………………(5)

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—動彈性模量(GPa); Gd—動剪切模量(GPa);

實測過程中應(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，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。

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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