[发明专利]一种孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法，属于工程技术领域。

背景技术

跨孔法波速测试是岩土工程勘察中测试岩土体剪切波速度、压缩波速度、动剪切模量、动弹性模量及动泊松比的重要手段。孔内震源是跨孔法波速测试的一种关键设备，通常采用如下两种设备，一种为液压撑壁式剪切锤，其孔内支撑力大，但支撑板行程受限，只适用于岩质钻孔，土质钻孔无法可靠贴壁；另一种为气囊贴壁式剪切锤，其虽然适用的孔径范围较大，但在有井液的钻孔中，存在气囊充气困难、容易漏气的问题。两者都存在激振能量较小的问题，钻孔间距较大或岩土体弹性模量较大、需要较大激振能量时，往往不能满足要求。

发明内容

本发明所要解决技术问题是提供一种激振能量大、能可靠激发剪切波、适用孔径范围大、触发时间精确以及对剪切波进行测试的孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明一种孔内剪切波震源包括导向筒、设置在导向筒内呈柱状的重锤、固定设置在导向筒下端的锤垫以及设置在重锤上端内的与地面波速测试仪连接的触发器；在所述导向筒内和重锤上设置限位装置，所述限位装置限定重锤的下降和上升位置，在所述重锤顶端设置防旋转钢丝绳。

本发明一种孔内剪切波震源所述重锤顶部设置凹槽，所述触发器包括设置在凹槽内的壳体、固定安装在壳体底部的下堵头、固定安装在下堵头顶部的压电陶瓷片、固定安装在压电陶瓷片之间的铜箔电极以及信号线缆；信号线缆的正极与铜箔电极连接，信号线缆的负极与壳体连接；所述壳体内为空腔，下堵头上部和压电陶瓷片设置在空腔内，在所述壳体上部设置填充槽，填充槽内填充环氧树脂层，所述信号线缆穿过环氧树脂层与防旋转钢丝绳并列。

本发明一种孔内剪切波震源所述限位装置包括固定安装在导向筒内的上限位环和固定套装在重锤下部的下限位环，在所述重锤上端设置凸台，所述下限位环和凸台的外径大于上限位环的内径，在所述重锤顶部固定安装承重环，所述承重环与防旋转钢丝绳连接。

本发明一种孔内剪切波震源所述压电陶瓷片通过螺栓B与下堵头固定，在所述压电陶瓷片顶面和螺栓B的螺帽之间设置不锈钢垫片，所述信号线缆的负极与不锈钢垫片连接。

本发明一种孔内剪切波震源在所述下堵头与壳体底部之间安装O型密封圈。

本发明一种孔内剪切波震源在所述锤垫顶面上设置尼龙垫片。

本发明一种孔内剪切波震源所述导向筒外壁纵向设置一个以上的排水槽。

本发明一种孔内剪切波跨孔波速测试方法，采用如下步骤：

（一）、随波速测试进度施工或预先施工完成第一接收孔和第二接收孔，将第一波速探头和第二波速探头分别对应设置在第一接收孔和第二接收孔相应测试深度内，并使第一波速探头和第二波速探头与第一接收孔和第二接收孔相应内壁紧密接触；激发孔施工到预定波速测试测点深度后，将孔内剪切波震源放入激发孔孔底，第一波速探头和第二波速探头和信号线缆均与位于地面的波速测试仪连接；

（二）、通过地表的支架从激发孔中拉升重锤至最高处，然后放开让其自由落下，重复几次使锤垫与激发孔孔底紧密接触；

（三）、启动波速测试仪，使第一波速探头和第二波速探头处于信号接收状态，拉升重锤至最高处后使其自由落下，通过与激发孔孔底的撞击，激发触发器并同时使波速测试仪开始采样，撞击产生的剪切波向四周传播，并先后被第一波速探头和第二波速探头接收，通过两个接收探头的剪切波传播距离和时间差，计算出剪切波的传播速度。

本发明积极效果如下：本发明锤垫、重锤及导向筒由不锈钢材料加工而成，通过调整重锤的重量增加激振的能量，调整灵活，重锤在导向筒中的活动空间由上、下限位环位置确定，重锤可在上、下限位环限制范围内自由滑动，通过重锤锤击锤垫，在激发孔内可靠地激发垂直向振动、水平向传播的剪切波，在锤垫顶面上设置尼龙垫片，可增强中、低频成分的剪切波能量比重，增加剪切波的有效传播距离；导向筒外壁纵向设置一个以上的排水槽，在重锤下落时能及时排出筒内的井液，使用防旋转钢丝绳可以防止钢丝绳与信号线缆缠绕。