PS测井如何应用于岩土地基勘探

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在经济高速增长的背景下，建筑行业的发展呈现出一片生机蓬勃之势，为保证工程质量，建筑地基勘察工作中越来越需要快捷、有效、简便地计算出岩土层的弹性力学参数，传统的方法主要是静力测试法，得出的参数为静弹模值，然而这种方法测试设备笨重，测试时间长、费用高，并且只能选择少数测点进行测量，难以对整个场地岩土介质的力学性质做出总体评价，因此我们从弹性波测试方法出发，选择ps测井技术进行地基勘察，以适合建筑行业的需要。Ps测井是P波(纵波)、S波(横波)速度测井的简称，也叫波速检测，属原位测试范畴，它以岩土体的弹性特征为基础，通过测定不同岩土层P波、S波的传播速度，进而计算出岩土体的动弹性模量、动体变模量、动剪切模量、动泊松比等多种岩土工程力学参数，据此判定岩土体的工程性质，为工程设计提供可靠的科学依据。同时在工程地质调查中，通过与地面浅层地震勘探配合使用，可大大提高地震资料的解释精度；并且可提供断层破碎带、地层厚度以及折射波法难于探测的低速夹层等情况，因而被广泛地用于解决工程勘探及水文勘探中所提出的地质问题21。PS测井分为单孔法和跨孔法两种，由于单孔法简单有效，所以工程上一般采用单孔法，本次勘察也是采取单孔PS测井方法。

1PS测井的原理

1．1基本原理

单孔法PS测井的原理如图1所示，在地面某点S以锤击激发木板产生地震纵、横波，在井中深度为Z。、Z等位置摆放三分量检波器以接收来自S点的波场信息。对原始波形，为计算平均速度，须把记录时问换算成井口到检波器的垂直入射时间。设z、Z：之间的波速为V，弹性波以这个速度从z沿井壁传播到z：所需的时间为△t，则△t。与在z与z深度处所实测的记录初至时间T、r2的关系式为p：对△t求和，则∑At。就是波从井口传到深度为Z。+1处所用时间，用t．来表示，则岩层中某一深度z．+1处的平均速度为：V=Z+l／t相邻道所对应的层速度为：

1．2岩土层力学参数的计算

以岩土体的弹性特征为基础，通过测定不同岩土层纵波、横波的传播速度，计算出下述一系列的岩土力学参数。据此判定岩土层的工程性质，为工程设计提供可靠的科学依据。其中V。为实测岩体纵波速度，V为本工区新鲜完整岩石的纵波速度，通过岩体完整性系数可以评价岩土体的破碎程度。

2数据采集

本次勘探所用检波器为重庆仪器厂所生产的井中三分量检波器，贴壁形式为电磁式机械贴壁，防水性能优良，所用的地震仪器为日本产的0Y0248道工程地震仪，激发方式为叩板法，测量时按照以下程序进行。

(1)进行扫孔。如果被测量的孔不是刚打的孔，测前用钻机进行扫孔，以免泥浆沉淀固结或者井壁塌陷堵住钻孔而测不到预定深度。

(2)设置震源。将震源设置在离井口2m左右的地方，使木板与地面耦合良好，并在木板上面压数百公斤的重物。

(3)进行测试。测试时，自孔底向上每次提升1m，固定三分量检波器，分别进行击板，左右激震产生相位相反的横波(SH波)，沿垂直板面方向锤击木板产生纵波，通过分量检波器接收由震源产生的弹性波信号，并通过连接电缆传输到地震仪上进行储存并显示波形，各测点依次进行上述操作，最后得到全孔的波形记录，从中再进行拾取纵波、横波的旅行时，通过以上公式可以计算出波速进而计算岩土层的力学参数f61。

3资料处理与解释

本次勘探深度范围内的地层主要为第四系覆盖层与板岩。其中第四系覆盖层主要为亚粘土，下伏基岩主要为板岩等，根据其风化程度可分为全风化、强风化、弱风化、微风化层。由于全风化岩石呈土状，从物理性质上看，其波速和第四系松散覆盖层相近，从工程力学性质上看和土层相近，故将全风化岩层划入第四系土层中，本次PS测井土要目的是确定覆盖层厚度，提供各地层的波速，划分风化层位，时计算岩体力学参数，为岩体质量划分提供较为可靠的依据。对于本次PS测井所得到的l6个钻孔资料，首先进行拾取纵波、横波的旅行时，然后进行纵、横波速度的计算，最后得到能比较真实反映地下岩性变化的力学参数。为了说明问题，本次选择SZK1钻孔为例，来说明井壁围岩的各种动测力学参数随深度的变化关系。图2为纵波速度与横波速度随钻孑L深度变化的关系曲线，从中可以看出层速度变化比较明显，在测试深度内具体可划分为四个速度带，由浅到深风化程度逐渐变低。在层底深度为3m处的上卜地岩层纵波和横波波速有明显差异，说明该处上下地层岩性不同，差异变化比较明显，同时结合钻孔资料，可将该界面以上归为一层，即亚粘土层；同理可将层底深度3-26m处归为一层，为强风化板岩；层底深度26～85m归为一层，为弱风化板岩；层底深度85m以下为微风化板岩。图3为弹性模量、剪切模量及体变模量随钻孔深度变化的关系曲线，从其规律来看，随深度的增加其弹性模量、剪切模量及体变模量逐渐增大，总体上与图1的对应关系比较好。图4为泊松比、完整性系数随深度变化的关系曲线，从中可以看出泊松比随着钻孔深度的增加逐渐减少，而完整性系数则逐渐变大，变化范围为0．04～0．63，表明亚粘土层岩体完整程度为极破碎，强风化板岩层岩体完整程度为破碎，弱风化板岩层岩体为破碎一较破碎，微风化板岩层岩体完整程度为较完整。最后将PS测井所确定得层底深度与实际钻孔资料对比，如表1所示，从中可知PS测井结果与钻孔资料比较吻合，证明PS测井划分地层的结果可靠。通过上面的分析可知，PS测井可以建立分层标准并提供标定信息，为资料解释人员划分土层及强风化、弱风化、微风化提供更准确的依据，同时能够较准确地得出岩上层的学参数，为场地的质量评价提供有效的十性参数。

4结论

上述PS测井工作从现场资料采集到资料处理解释都做r认真细致的工作，获得了较准确的资料，得到可靠的地质解释成果，因此通过本次探测得到如卜结论。

(1)PS测井的施工与资料处理具有高效、快速和经济的特点，技术难度也不人。

(2)弹性波在岩土层中的传播速度足反映岩土的动力特性的一项重要参数，根据实测岩层的弹性波速，能够计算l叶J岩上层的岩土力学参数，这些参数可对围岩等级做出评定，为场地设计提供必要的依据，也可以为其他物探方法提供相应的参数支持。

(3)通过PS测井得到的各种动力学参数，尽管呵以为地基的设计与施工提供充分的依据，但是往往需要将其转换为静弹模值，不同工区其转换公式不一样，此还需要进一步的研究。

总之，PS测井是一种简便、快速且准确的原位测试方法，随着电子技术、信号分析及数据处理等手段的广泛运用和不断发展，必将为工程设计与施工提供史多的参数和可靠的依据。