1前言
　　
　　核島是核電廠zui重要的建筑物，對地基的穩(wěn)定性及強度有非常嚴格的要求，勘測必須合理確定地基承載力、彈性模量、阻尼系數(shù)等參數(shù)，以計算自重作用下地基的*變形及穩(wěn)定性、周期性動力荷載及地震條件下的動力響應、地基—上部支撐系統(tǒng)的反應譜，以確保核島在任何不利情況下的安全。因此，核址動態(tài)參數(shù)是核電設計進行地震反應分析和動力反應分析的重要參數(shù)。HAF0100及其相關導則中明確規(guī)定，要求采用跨孔波速試驗提供地基的彈性波速度及相關動態(tài)參數(shù)。國標《核電廠抗震設計規(guī)范》（GB50267-97）要求進行核電設計時必須具備地基的彈性波速度及動彈性模量等參數(shù)。核島直徑約40m，設計要求了解3倍直徑以內(nèi)即120m內(nèi)巖體的動態(tài)參數(shù)。我國雖自80年代以來已經(jīng)較廣泛地開展跨孔法等波速測試，但由于諸多因素，依目前的技術水平絕大多數(shù)單位仍不能成功地完成核島要求的100m以上深度的跨孔試驗。
　　
　　2跨孔試驗測試技術
　　
　　跨孔法是由美國土動力學專家Woods等1972年提出的。它既能用來測定P波，也可用來測定S波，適合于任何地層。試驗時，若孔距和測點位置選擇恰當，該法可測定低速軟弱夾層的波速?？缈追ㄋ哂械膬?yōu)點使它一經(jīng)提出就受人們的重視，現(xiàn)在已作為一種比較完備的勘測方法在大中型工程中廣泛應用。
　　
　　2.1跨孔法儀器設備
　　
　　跨孔試驗儀器設備包括振源、檢波器、觸發(fā)器、放大器和記錄儀等。
　　
　　2.1.1振源
　　
　　迄今為止，跨孔波速試驗的振源可以歸納為：電火花、爆破、機械敲擊和電動橫波振源?？缈自囼灥闹饕獪y試對象是地層所傳播的剪切波，因此要求振源產(chǎn)生的S波與P波能量之比盡可能高。為了突出S波份量，跨孔試驗大多采用機械振源。井下剪切波錘是一種常見的振源，以美國Bison公司為代表，能重復激振，雙向沖擊，在配有高倍放大器或信號增強型地震儀的情況下，利用這種振源，波在巖石中的水平傳播距離可達100m以上。
　　
　　2.1.2檢波器
　　
　　在跨孔試驗中，一般采用三分量檢波器接收地震波，其中豎向分量主要用來識別SV波，徑向分量用來識別P波，用切向分量來識別可能存在的SH波，同時三分量波形記錄還可進行相互校核資料分析結(jié)果的可靠程度。三分量檢波器是由三只傳感器按相互垂直的方向固定并密封在一個無磁性圓筒內(nèi)制成的。在選用檢波器時，除外形尺寸適宜外，應使三分量檢波器的自振頻率約為所測地震波的20%～25%。跨孔試驗中，機械振源在土層中產(chǎn)生的P波主頻率約為100～300Hz，S波主頻率約50～150Hz，主頻率低于30Hz的情況比較少，因為孔距不大時，高頻部分一般不會被巖土介質(zhì)吸收掉。巖石中產(chǎn)生P波、S波頻率要高于土層中，選用自振頻率較高的檢波器的優(yōu)點在于對方向性不太敏感，即使埋置傾斜，也能有效地進行波動測試。目前國內(nèi)批量生產(chǎn)的三分量檢波器有兩種：一種檢波器的自振頻率為27Hz，頻響可達幾百赫茲，其外殼直徑為76mm,當氣囊充氣后外徑可達135mm；另一種檢波器的自振頻率為8Hz,頻響可達到幾百赫茲，外徑直徑50mm，氣囊充氣后直徑可達100mm。巖石中波速試驗P波頻率達1700Hz，此類地震檢波器不適用，必須采用頻帶更寬、更高的檢波器，如水診器。檢波器在孔中的固定主要采用氣囊，也有用彈簧片來做固定裝置的。試驗結(jié)果表明，檢波器固定方式的不同對波的初至時間幾乎沒有影響，但對波形的影響還是較為顯著的。
　　
　　2.1.3放大器和記錄儀
　　
　　跨孔試驗檢波器的輸出必須經(jīng)過放大器放大后，才能在記錄儀中記錄和顯示出來。放大器應采用有帶通濾波功能的多通道放大器，其振幅一致性偏差應小于3%，相位一致性偏差應小于0.1ms，電壓增益應大于80dB。采集和記錄裝置應采用六通道以上數(shù)字采集和存儲系統(tǒng)，其模/數(shù)轉(zhuǎn)換器位數(shù)不宜小于12位，電壓增益不宜小于60dB。國標中要求波形的分辨率應高于1ms，作為核址動態(tài)參數(shù)試驗分辨率應高于05ms。
　　
　　2.1.4觸發(fā)器

　　目前安放在井下剪切波錘以及其它機械振源上的觸發(fā)器，一般由壓電晶體或電子電路構(gòu)成。當振源沖擊時，觸發(fā)器產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖電壓，觸發(fā)記錄儀進行掃描。這類觸發(fā)器的升壓時間延遲約為40μs，一般滿足跨孔精度要求。

2.2跨孔法測試技術方法
　　
　　2.2.1鉆孔
　　
　　鉆孔是跨孔試驗現(xiàn)場工作的*步，其中包括鉆孔尺寸、鉆孔布置、下套管與灌漿、鉆孔垂直度量測等內(nèi)容。
　　
　?。?）鉆孔尺寸和布置跨孔試驗的鉆孔深度應不小于工程需要波速勘測深度，核島通常要求100m左右。鉆孔直徑應保證振源和檢波器能順利地在孔中或套管中上下移動。在此前提下孔徑應盡量減小，這是因為無套管的小口徑鉆孔比較穩(wěn)定，且對孔圍巖土介質(zhì)擾動較小。跨孔試驗一般采用一孔激振、二孔接收和直線排列鉆孔方式，這樣可以根據(jù)相鄰兩接收孔間波傳播歷時之差來計算波速，消除了觸發(fā)器、套管和回填等方面的影響。試驗孔應布置在核島內(nèi)。鉆孔布置中的一個重要參數(shù)是鉆孔間距?？缈自囼炇前粗边_波的傳播歷時和孔間距來計算波速的。但在層狀地層中，尤其是當下臥層波速大于測點地層波速時，若鉆孔間距過大，檢波器接收的初至波有可能不是直達波而是折射波。理論分析表明，由此帶來的波速誤差同樣隨孔間距的增大而增大。因此，在保證有足夠計時精度的前提下，鉆孔間距盡可能取小些，并且在確定孔距之前應認真分析鉆孔的地層剖面，著重了解較薄低速地層的厚度，以及地層交界傾斜方向等情況。實際工作中可參考表1選用。
　　
　　（2）下套管與灌漿技術在塑料套管未下鉆孔之前，應先將zui下面一根底口封閉，再用塑料管接口與上面相鄰的管口接好。為了克服上浮力，需在管內(nèi)注滿水以促使其下沉。
　　
　　試驗表明，對套管和孔壁之間的環(huán)形間隔予以回填，則可保證孔內(nèi)振源、檢波器與地層間處于更好的耦合狀態(tài)。采用干砂充填因其密實度和膠結(jié)性差而常使試驗結(jié)果有較大的離散。因此，建議工程上對套管和孔壁間的間隙大多采用灌漿法處理，目前工程上已成功采用壓水試驗橡皮止水閥作為逆止閥。下套管前在其底部擰上單路環(huán)形逆止閥，當套管全部下好后，在套管中心下灌漿管，并且在灌漿底部接上阻塞器，然后在地表對阻塞器中橡皮囊充氣至其與套管緊固為止，這時即可灌漿。灌漿完畢，打開阻塞器氣門，將灌漿管拔出。
　　
　?。?）鉆孔垂直度量測為了確保跨孔試驗結(jié)果的精度，必須量測各個試驗鉆孔的垂直度，由此計算出振源與檢波器間的真正水平距離。鉆孔垂直度采用測斜儀量測，并且要求測斜儀要有足夠的精度；扭角儀量測測點同測斜儀。測斜前應在鉆孔內(nèi)放在導槽的測斜管，其中一對導槽方向應盡可能與鉆孔孔口連線一致。當測斜儀在導槽中滑動時，即可測定鉆孔垂直度的變化。
　　
　　2.2.2跨孔現(xiàn)場測試方法
　　
　　在跨孔試驗的鉆孔數(shù)量、深度、孔徑和孔距等參數(shù)確定后，完成鉆孔，下好塑料套管和灌漿，將各孔口暫時封蓋，鉆機撤離現(xiàn)場。待灌漿一星期后，試驗人員即可在現(xiàn)場進行波動測試工作。如果孔口標高有高差，應通過換算保證波動試驗中振源和各檢波器在孔中的標高相等。為了減小地表和傳播路徑彎曲性對波動試驗的影響，zui淺測點的深度一般宜選在0.4～1.0倍的孔距或2m左右。振源通過液壓、檢波器通過氣囊在測點位置（通過測繩量測）與孔壁緊貼后，即可激發(fā)振源和接受波動信號。當記錄波形覺得滿意后，放松振源和檢波器并將其下放至下一個測點進行試驗，依次重復直至zui后一個測點。跨孔試驗中相鄰測點間距常選用1～2m，也可根據(jù)實際需要適當稀疏或加密。
　　
　　2.3跨孔資料整理分析
　　
　　跨孔試驗資料分析主要包括波型識別、波速計算及誤差分析等方面。
　　
　　2.3.1波型識別
　　
　　跨孔試驗中所記錄的波形信號曲線主要由體波組成，一般可分三段來分析：*段是從零時開始到直達波到達，信號除受外部干優(yōu)出現(xiàn)毛刺外基本上是一條接近于直線的平穩(wěn)段；第二段從波的*個初至起到第二個初至止，此段屬于P波，振幅小，頻率高；第三段是以S波為主的部分，振幅大，頻率低。為了準確分析資料，現(xiàn)場各測點的波形記錄應反映以上特征。
　　　對于現(xiàn)場波形記錄，在室內(nèi)尚須更準確分析，以確定波的初至點和傳播時間。首先分別選擇典型P波和S波信號進行頻譜分析，確定各自主頻，然后采用帶通濾波器對原始信號進行濾波，這樣可以增大信噪比。在分析波形記錄的豎向分量的同時，還要參考兩水平分量波形的特征，由于地層的各向異性，水平分量初至一般要比豎向分量稍早。
　　
　　2.3.2波速計算
　　
　　波型識別工作完成后，分別將量出的振源孔到*接收孔、第二接收孔以及兩接收孔間波的傳播時間填到試驗記錄表上。根據(jù)鉆孔垂直度計算出的直達波傳播距離和相應傳播時間求出波速，并將值列入記錄表中。同一測點的三個試驗波速值的相應誤差應在10%以內(nèi)，否則分析原因甚至重新測試。波速求出后，可根據(jù)有關公式計算土層其它動態(tài)參數(shù)，并繪制波速及其它動態(tài)參數(shù)隨深度變化的關系曲線。
　　
　　2.3.3誤差分析
　　
　　當同一測點計算出的S～R1、S～R2、R1～R2三個波速值相差大于10%時要分析原因。首先應核查鉆孔垂直度和波初至時間是否有誤，然后分析采樣精度、記錄時間、觸發(fā)延遲、地層突變、測點位置等因素。如果以上分析仍不能解釋，則須到現(xiàn)場重新做試驗。
 

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