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《面波测试方案》word版 本文简介：基于动测仪的面波测试方案1测试原理简介均匀介质或分层介质在点或面振源作用下，表面波场包含P、SV波及瑞利波，由于在表面P、SV波衰减快于瑞利波，当距振源一定距离表面波场以瑞利波为主。在大多数情况下，瑞利波能量集中在一个波长深度范围内，频率越低，波长越大，影响深度越深。在剖面参数（剪切波速、密度、泊松
《面波测试方案》word版 本文内容：
基于动测仪的面波测试方案
1测试原理简介
均匀介质或分层介质在点或面振源作用下，表面波场包含P、SV波及瑞利波，由于在表面P、SV波衰减快于瑞利波，当距振源一定距离表面波场以瑞利波为主。在大多数情况下，瑞利波能量集中在一个波长深度范围内，频率越低，波长越大，影响深度越深。在剖面参数（剪切波速、密度、泊松比）不同分层状态下，随着波长的增加，瑞利波穿越的层数也增加，瑞利波传播速度发生变化，瑞利波传播出现频散现象，即瑞利波传播速度随频率（或波长）的变化，如图1所示，频散曲线的变化与分层参数、分层厚度等有关，通过对频散曲线的反分析可以得到场地分层剪切波速。
图1瑞利波波长与穿透深度及传播速度间关系
不同的分析方法，对测试要求也不同，目前分析方法主要有f—k分析及互相关分析（SASW）。
2、基于互谱分析测试方法
互谱分析，顾名思义就是对两道信号作互相关分析，只要有两道信号就可以得到面波的相速度随波长或频率的变化。目前，动测仪，如RSM、FD系列，一般最多可采集四道。
这样，在互谱分析用动测仪作为采样设备是可行的。当采用两个测点时，如图2所示，测点可按共中心方式布点，即（1）测点距、振源与最近测点距相等；（2）按测点中心线位置不变，不断增加测点距；（3）通过正反敲击来消除分层倾斜及传感器不一致性的影响。如图3所示。
图2
两测点布置
图3
共中心测点布置
两点实测信号、互谱分析及得到的相速度随波长或频率变化，见图4，相速度表示面波在两测点间平均相速度。
(a)
(b)
(c)
图4
两测点信号
(a)、互谱分析
(b)及
相速度随波长变化
(c)
当采用三个测点，如图5所示，通过对三条信号组合分析，即CH1+CH2、CH1+CH3、CH2+CH3组合，可以得到三条剖面的相速度。见图6。
图5
三测点布置
(a)
(b)
图5
三测点信号
(a)
及由信号3种不同组合得到的相速度随波长变化
(b)
当采用四个测点，如图6所示，通过对四条信号组合分析，即CH1+CH2、CH1+CH3、CH1+CH4、CH2+CH3、CH2+CH4、CH3+CH4组合，可以得到六条剖面的相速度。当等间距布点，CH1+CH4与CH2+CH3对应的剖面重合，两者平均、光滑得到一条相速度曲线，见图7。
图6
四测点布置
图7
四测点信号
(a)
及由信号5种不同组合得到的相速度随波长变化
(b)
当得到与多个剖面的相速度速度后，就可以构筑相速度色谱图，如图8所示。
图8
由不同剖面的相速度随波长变化曲线得到相速度色谱图
3、互谱分析优缺点分析
（1）
互谱分析只要两道信号就可以分析，因而，对测试仪器要求不高，一般只要有两个通道的仪器就可以使用，这样目前用于基桩测试、剪切波速测试、振动测试的仪器均可用于面波测试；
（2）
由于互谱分析是计算面波在两测点的相位差，这对测量传感器的相频特性一致性要求较高，测量之前，将传感器同时放置在一个位置，根据采集的信号判断传感器的相频特性一致性；
（3）
互谱分析仅利用相位差来计算相速度，没有利用面波能量幅值，干扰信号对相位差计算影响较大，互谱分析得到的曲线没有分析光滑，不同道距、不同次结果可能相差较大，一致性较差；
（4）
测点间距越大，面波在两测点间相位差越大，这越有利于消除噪音干扰，一般测点距D>2m,有利于结果分析；
（5）
采样时间建议取（>200）×D（us），以保证在频率域有较高分辨率。
4、f—k分析方法
对一定数量的测试响应信号作f—k分析
(1)
这里N1为间隔为的时间观察点数，N2为空间间隔为的观察点数，n1=0，…N1-1，n2=0…，N2-1。由于在f—k域是利用能量谱的极值来分析，为了消除几何衰减对能量分布的影响，在谱分析上乘来校正因几何衰减导致能量损耗。
得到频率—波数域功率谱分布，由谱极值波数—频率的变化，利用关系得到频率—相速度或波长—相速度曲线，见图9
图9
波数—频率域谱能量及频散数据
f—k分析一般要求振源、一定数量测点布置在一条测线上，测点按等间距布置，探测深度越大，要求测点间最大的空间距离也越大（最大的波长不会超过最大的布点距离，即距振源最近点与距振源最远点距离）。
地震仪或面波仪一般有12个以上的采样通道，可用于基于f—k分析的面波测试。但当测试仪器纪录通道有限时（如基桩动测仪）。可采取以下两种方法对信号进行堆叠：
（1）
保持振源位置不动，依次等间距移动测点，如图10所示，传感器使用的传感器使用数量视测量仪器而定，使用的通道越多，得到一定数量的响应排列所需的测量次数越少，比如，要得到12道响应排列，若采用4道采集，则试验要重复3次，然后对每次测试信号进行堆叠，见图11，而当采用2道采集，则试验要重复6次，依次类推。
采用该方法，要求振源是可重复的，即振源产生的脉冲信号，不仅频率成份相同，而且幅值也相同；
图10
振源不动，移动测点
信号堆叠
图11
测试信号堆叠
（2）
保持测点位置不变，移动振源位置，振源距最远测点距离，这里分别是测点布置数量及移动振源的次数。见图12。
振源移动
图12
测点不动，振源移动
5、f—k分析优缺点
(1)
f—k分析事实上就是分析不同能量团传播的速度，该分析利用了振幅，因而，可有效消除噪音的干扰，得到的数据一致性要高于互谱分析，见图13；
(2)
f—k分析利用幅值分析，要求测试的传感器幅频特性有较好的一致性。
主要能量传播趋势
图13波数—频率域谱能量及频散数据
6、面波测试有关事项
（1）传感器：在岩土工程测试中，一般采用速度型传感器，如图14a所示，这种类型的传感器结构如图14b，它是由导电弹簧线圈、质量块、磁铁、分流电阻组成，幅频及相频特性如图15所示，在共振频率附近在共振频率附近振动幅值最大，随着频率的增加，曲线趋于平坦，即，不同频率信号单位质点速度的输出电压相同，在测量过程中，尽量让测量的信号频率成分处于平坦段。图16是CDJ-J2.5Hz
传感器幅频特性，共振频率越低，可使用的平坦段频率范围越宽。共振频率低，相应的质量块的质量要越大，传感器越灵敏，使用结束后，应将输出短路，以避免传感器线圈烧坏。传感器与地面应有较好的耦合。当对高速公路水泥路面进行面波测试时，由于信号的频率较高，要求传感器有较高的频率响应，在此情况下，要采用加速度计。
图14
速度型传感器
(a)
及其结构
(b)
图15
速度型传感器幅频及相频特性
图16
CDJ-J2.5Hz传感器幅频特性
（2）锤击设备，锤击可采用手锤，落锤、落重以及小型爆炸的方法，见图17，具体视勘探深度而定，一般可使用10kg~100kg
的落锤，若测量深度为30m以内，30kg落锤一般可以满足要求，落锤下面可采用，金属垫块、木质垫块等。
(a)
(b)
图17
手锤
(a)
及落重(b)
（3）
采样设置：采样长度、采样时间间隔、滤波设置、触发通道设置。
（a）
采样长度是影响频率分辨率的一个重要因素，可以设置长度为1K、2K、4K、8K等，一般取1K；
（b）
采样时间间隔也影响频率分辨率的一个重要因素，一般建议取（>200）×D(us/w);
（c）
为了避免频率混淆，滤波设置频率应小于，为采样时间间隔；
（d）
触发通道设置可以视分析方法而定，当采用互谱分析（SASW），可以用离振源最近的采样通道作为触发通道，而对f—k分析，为了使每次测试获取尽可能多的响应信号及响应相对振源激振时刻的延时，一般可采用短路触发、外触发，只有在测量仪器不具备短路触发、外触发情况下，才采用通道触发。
(i)
短路触发，顾名思义就是利用短路来触发，将电缆线的内芯线与外芯线分别与落锤（或手锤）、金属垫块相连，然后将电缆线的连接至外触发通道（对RSM、FD等动测仪一般有标识为“EXT”），落锤后，形成短路，仪器开始记录信号；
(ii)
外触发就是在落锤旁边放置一触发传感器，要求传感器响应延时较少，触发传感器与外触发通道相连；
(iii)
当测量仪器不具备短路触发、外触发情况下，可采用通道触发,就是在落锤旁边放置一触发传感器，要求传感器响应延时较少，触发传感器与可采样通道（比如CH1、CH2、
CH3或CH4）相连。采用通道触发，由于该通道只起时间参照作用，在f—k分析时，该信号不能参与分析。
附测试结果
夯前
夯后