单孔剪切波现场测试及注意事项

单孔剪吨易坌荐切波测试

天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具有多层结构的非匀质土体，为了解地基土

层的空间分层变化情况，提供与波速相关的岩土动力学参数、计算土层的剪切模量、了解地

基的软弱地层、分析地基土的类型和建筑物场地类别，进行地震土的地震反应计算等，必须

使用波速测井这种地球物理方法。

单孔波速测试的原理

当S波穿过地层时，他们遇到构造不连续界面时会发生折射或反射，并使其振动方面发

生偏振。当发生偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。当岩石颗粒在岩波传播方向的竖直平面里运动时，这中S波称为SV波。

SH波水平偏振横波。质点在垂直于入射平面的方向上振动的波叫水平偏振

横波。

SV波垂直偏振横波。质点在入射平面内且与传播方向垂直振动的波叫垂直偏

振横波。

利用直达波的原理，由振源产生的压缩波（又称P波）和剪切波（又称SH波），经过岩（土）体，被放置在孔中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。

原位测定压缩波（P波）、剪切波（SH波）在岩（土）体中的传播速度，从而避免了室

内测试所带来的误差。

优点：直接对地层测试、结果相对精确且不需要任何场地（只要能成孔）。

当地面振源激发产生剪切波信号时，剪切波信号便从震源发出穿过地层介质，到达井下三分量探头，探头中的检波器，经过机电转换把地震的振动信号转换成电信号，通过电缆传送到波速测试仪，由测试仪器记录并显示剪切波波形。

（1）.在测井工作中，井口、震源、测井探头三点构成了一个直角三角形。

（2）.在测井过程中只要知道了两个测点的深度和剪切波的传播时间则两点间的深度之间地层介质的平均波速满足：

剪切波测试现场注意事项

钻孔

测试剪切波的钻孔有一定的要求，主要如下：

孔径的要求：

按测井探头口径的需要，钻头一般经常使用50～60mm、90~105mm、110~130mm,

根据测井需要，钻孔直径应该比测井探头直径大3～125px。

钻孔井壁的要求：

井壁要求光滑，井径变化较小，上下一致。在松散和结构复杂的地层钻井，除

了更换钻具外，钻进的速度也要适当控制以保证钻孔质量。井孔的倾斜要求不能超

过5°，否则测井资料的可靠程度大大降低。尤其跨孔法，对钻孔的要求更严，否

则误差较大。

测井对钻孔时间的要求：

一般测井的时间要求比较特殊，受到终孔时间的限制。一般来说，在钻机打完

井后，马上对钻进进行扩孔、泥浆护壁等工作，这些工作完成后立即开始进行测井。

打钻工作一般在白昼进行，在完工后24小时以内，应该完成波速测井的工作，为了

防止周围环境和人文干扰，测井有时要在夜深人静时进行，尤其受人文、交通干扰

较大的地区，选择合适的时间测井也是一种很好的防干扰措施。

钻孔附近地面应尽可能平整：

钻孔时应尽量减少孔壁土层扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应立即

下套管护壁，套管与孔壁间应灌浆和填砂法处理，以保持套管与孔壁间的紧密接触。

关于使用各种套管的问题：

测量有套管钻孔的剪切波速度，实践证明还是比较不容易的。尽管有的文献曾

给出有套管钻孔的剪切波速度和无套管测量结果是一致的，但没有指出是如何测量，

如何处理才能得到与没有套管时测井的一致的结果。

对振源的要求

剪切波振源应采用锤和上压重物的木板，压缩波振源宜采用锤和金属板。

对木板激振源的一般尺寸要求：木板长约2.5米，宽约0.3－0.5米，厚约0.1米。受锤击的

两头报上铁板；通过敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振

动。

大锤的要求：8磅或10磅。

现场测试注意事项

为获得高质量的波形纪录，测试前应调整好仪器设备，保证各设备可靠连接。另外，

现场要注意以下的问题。

1.作为振源的木板应选用弹性和韧性较好的木板，不宜用铁板或水泥板。木板锤

击的两头可包上铁皮或用一块比木板截面稍大的铁板垫在木板两头以便多次

使用。

2.井孔应与木板长轴线垂直，即井孔到木板的距离相等，这是保证木板两面敲击

后，剪切波恰好反向的一个基础。孔源距应是井孔到木板中心的垂直距离。

3.木板与表土层耦合的好坏直接关系波形采集的好坏。现场可在选定放木板的地

方撒一层砂子，放上木板来回磨动，然后拿开木板，耦合好坏一目了然，在有

空缺处再撒砂子，反复数次可达到最佳效果。

4.现场可将汽车直接压在木板上。无汽车可用重物。重物的重量应保证锤击时没

有大的位移，另外重物应尽可能在木板上均匀分配。当重物质量有限时，在木

板地面加带钢钉的铁板或木板打孔插钢筋。

5.测剪切波时，锤击力要尽量保证水平。锤击要干净利索，避免二次或多次击打。

6.每次放下或提升换能器到一个新深度应保留十几秒后再测，这样可避免泥浆扰

动干扰。

7.在换能器上要配接吃力拉绳。根据经验，最好是钢丝细绳，细钢丝绳伸缩性小，

抗拉性强，不易缠绕。（探头带钢丝最好）

8.测有泥浆护壁的钻孔，最好从孔底测起，避免因泥浆沉淀引起卡换能器和测量

深度不够情况。

9.剪切波不能在水中传播，但根据实测经验，在有浓泥浆护壁的钻孔中，可以在

换能器不与钻孔壁紧密接触的情况下测得很好的S波震相，为测量提供了方便。

另外泥浆浓可以减少塌孔的可能性。

10.测有套管的钻孔，要避免钢丝绳与套管直接接触。

11.测量时如遇塌孔卡住换能器，在人力拉不动的情况下，最好将钻机用不带钻头

的钻杆放到合适深度，用冲洗的方法慢慢的提升，这样可保护换能器。

12.在用气囊式换能器时，用高压气筒慢慢打气，打一下停一下，看是否已耦合，

如提不动，则耦合好。切忌连续打气，将气囊胀破。杠杆式可将换能器提到一

定高度后，放松电缆后，看是否下滑。

13.随着测试深度的增加，有效信号的频率会有所降低，对数据的准确读取有一定

的影响（可选在有效波起跳点或第一波峰处）。

14.随着测试深度的增大，S波信号能量逐渐减小。为提高有效信号的幅度，单纯

增加激发能量也会增大噪声的干扰。在选择适当激发能量的同时，采用多次叠

加的方法不仅能提高有效信号能量，还可压制噪声。