[实用新型]连续原位测量岩土剪切波速测试仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种原位连续剪切波速测试设备，用于测量岩土体的剪切波速。

背景技术

剪切波速是反映介质对波传播能力和土体动力特性的一个重要参数，土层的剪切波速指标在工程实践中得到了广泛的应用，并在现行规范中有明确的说明。目前，常规测量方法是通过瞬态激振，通过爆破、锤击等，产生一频率、相位、振幅不可控的剪切波，并估算测点初动时刻与剪切波发出时刻的时间差来估算该岩土层的剪切波速。这种瞬态激振方法得到的时间差误差较大，且瞬态激振产生的剪切波在重复测量中无法保证一致，导致波速误差在15％-20％左右。

实用新型内容

本实用新型公开了一种原位连续剪切波速测试仪以及连续稳态剪切波速测试方法，目的是解决现有测定剪切波速技术精度偏低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种连续原位测量岩土剪切波速测试仪，主要由剪切波发生器100、动态信号采集系统200、控制计算机300组成；控制计算机300与动态信号采集系统 200数据连接并控制剪切波发生器100。

其中，剪切波发生器100由置于配重底盘102上的变频电机101和水平剪力发生机构构成；水平剪力发生机构为对称设置的两个激振机构；激振机构具有立于配重底盘102上的转轴106和套置在转轴106上并随之同步转动的偏心转子质量块107，安装在电机输出轴103上的减速圆锥齿轮副104将动力变向传递给同置于配重底盘102上的传动轴105，传动轴105通过其端头的二圆锥齿轮副向所述转轴传递动力；所述配重底盘102的底面具有避免与地面发生滑移的抓地构造；动态信号采集系统200在剪切波发生器100附近的地表和与钻孔中布置了至少三个检波器，各检波器与动态信号采集系统200数据连接，动态信号采集系统将动态信号传输到计算机300进行处理。

进一步地，所述配重底盘(102)的底面抓地构造由底面锯齿结构构成，设备自重使设备与场地的摩擦力大于激振力。所述两个偏心质量块对称安放在同一水平面上。所述电机振动平面与激振平面垂直。

采用本实用新型测试仪，首先开启动态信号采集系统200与计算机300，记录场地噪声；振源在t0时刻产生频率为f0的稳态剪切波；同时位于钻孔中的检波器p1在t0时刻开始记录波形s1，此时位于钻孔内的检波器p2只能记录到噪声； t0'时刻钻孔内的检波器p2记录到波形s2，此时记初态时间差T0＝t0'-t0；计算机 300在s1第一个波峰时记录时刻t1,第n个波峰记录时刻tn,在s2第一个波峰时记录时刻t1',第n个波峰记录时刻tn'；稳态时间差T1＝t1'-t1,Tn＝tn'-tn，埋设于钻孔与振源连线出检波器p3用于标定输出波形。

所述振源达到位置p2位置处的行程剪切波速的计算公式如下,其中，所述时间单位为ms，所述距离单位为m：

(行程剪切波速)、(平均时间差)

其中，D为检波器p2到振源的直线距离；

从测得数据中提取多个时间差用于计算。

实际应用时，激振源进行扫频激振，找到地层最大响应频率，提高信噪比。检波器连续接收的剪切波信号为加速度信号，可使用滤波技术过滤噪声信号。

采用本实用新型，剪切波发生器100在钻孔附近进行接近地层自振频率的连续稳态水平向激振，通过配重底盘102传递到被测场地，使被测场地内产生较大响应的稳态剪切波；动态信号采集系统200通过检波器采集不同深度内地层响应，并且将信号传递给计算机300；计算机通过滤波程序提高信噪比，通过稳态剪切波算法求得各测点间初振时间差、同相位时间差，换算得到稳态平均时间差，进而求得地层剪切波速。连续稳态剪切波速测试可提高剪切波测试中时间差关键指标的精度，使波速测试结果精度大幅提高。

附图说明

图1为本实用新型所述剪切波发生器俯视图；

图2为本实用新型所述剪切波速算法波形图；

图3为本实用新型所述剪切波发生器三维示意图。

图4为本实用新型所述各系统布置图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实例。