工程物探课程试验指导书城地下交通工程综合训练中心南京工业.docx
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工程物探课程试验指导书城地下交通工程综合训练中心南京工业
《工程与环境物探》
课程实验指导书
专业
班级学号
姓名
指导教师
学期
南京工业大学交通学院
目录
工程物探实验注意事项………………………………………………1
工程物探仪器操作细则…………………………………………………2
实验一:
地震勘探(反射波法)………………………………………3
实验二:
地震勘探(折射波法)……………………………………5
实验三:
电法勘探(对称四极电剖面法)………………………………7
实验四:
声波勘探(声波透射法测桩)………………………………9
实验五:
低应变法测桩(反射波法)………………………………………13
物探实验注意事项
1、实验前必须阅读有关教材及本实验指导书,初步了解实验内容要求与步骤。
2、实验记录应用正楷填写,不可潦草,并在规定的位置书写日期、仪器名称及实验人员的姓名等。
3、各项记录须于测量进行时立即记下,不可另以纸条记录,事后誉写。
4、记录数字若有错误,不得涂改,也不可用像皮擦拭,而应在错误数字上划一斜杠,将改正之数记于其旁。
5、实验结束时,应把实验结果交给指导教师审阅,符合要求并经允许,方可收拾仪器结束实验。
物探仪器操作细则
1、物探仪器必须爱护,防止振动、日晒、雨淋,不应坐在仪器箱子上。
2、各种传感器必须轻拿轻放,避免损坏。
3.仪器应放稳,避免失稳摔打。
4、认真阅读仪器说明书,正确连接实验各仪器,严格按仪器操作步骤操作。
5、在太阳或细雨下使用仪器时,必须撑伞,特别注意仪器不得受潮。
6、使用完毕后关闭电源,将仪器收入箱内。
7、一切仪器工具若发生故障,应及时向指导教师或实验室工作人员回报,不得自行处理,若有损坏,遗失应写书面检查,进行登记、酌情赔偿。
实验一地震勘探(反射波法)
1.1目的要求:
掌握反射波法的基本原理和实验方法,了解地震仪基本原理和操作,通过对各个测点接收到波形的分析,掌握读取反射波从震源到达各测点旅行时间的方法,画出反射波时距曲线并进行分析。
1.2仪器设备:
WZG-24工程地震仪,检波器,导线,木板,锤等。
1.3实验内容:
1.3.1实验前准备工作
1.3.1.1选择观测系统,确定测线位置、方向、震源点及接收点的位置。
1.3.1.2仔细检查地震仪及检波器。
(1)按仪器使用说明书的指标进行逐项检查。
(2)准备好仪器的各种连接导线和接线板,对使用的全部导线进行检查,确保导线通顺。
1.3.2实验步骤
1.3.2.1按确定好的测线铺设震源板,布置检波器,并与地震仪连接。
1.3.2.2打开仪器,勘探方式选择浅反射测量
1.3.2.3设置工作参数,工作参数包括“测线参数”、“存盘参数”、“采样参数”。
1.3.2.4敲击震源板,采样接反折射波。
1.3.2.5获得满意的波形后结束测量。
1.3.3资料整理
从接收到的波形读取反射波从震源到达各测点旅行时间,画出反射波时距曲线。
1.4.3成果资料
(1)地震勘探(反射波法)成果表
地震勘探(反射波法)成果表
测线编号:
仪器:
测点号
距离x
波旅行时间t
测点号
距离x
波旅行时间t
m
ms
m
ms
人员:
时间:
(2)从接收到的波形读取反射波从震源到达各测点旅行时间,画出反射波时距曲线。
(3)分析并绘出地质断面。
评阅意见:
实验二地震勘探(折射波法)
2.1目的要求:
掌握折射波法的基本原理和实验方法,了解地震仪基本原理和操作,通过对各个测点接收到波形的分析,掌握读取折射波从震源到达各测点旅行时间的方法,画出折射波时距曲线并进行分析。
2.2仪器设备:
WZG-24工程地震仪,检波器,导线,木板,锤等。
2.3实验内容:
2.3.1实验前准备工作
2.3.1.1选择观测系统,确定测线位置、方向、震源点及接收点的位置。
2.3.1.2仔细检查地震仪及检波器。
(1)按仪器使用说明书的指标进行逐项检查。
(2)准备好仪器的各种连接导线和接线板,对使用的全部导线进行检查,确保导线通顺。
2.3.2实验步骤
2.3.2.1按确定好的测线铺设震源板,布置检波器,并与地震仪连接。
2.3.2.2打开仪器,勘探方式选择折射测量
2.3.2.3设置工作参数,工作参数包括“测线参数”、“存盘参数”、“采样参数”。
2.3.2.4敲击震源板,采样接收折射波。
2.3.2.5获得满意的波形后结束测量。
2.3.3资料整理
从接收到的波形读取折射波从震源到达各测点旅行时间,画出折射波时距曲线。
2.4.3成果资料
(1)地震勘探(折射波法)成果表
地震勘探(折射波法)成果表
测线编号:
仪器:
测点号
距离x
波旅行时间t
测点号
距离x
波旅行时间t
m
ms
m
ms
人员:
时间:
(2)从接收到的波形读取折射波从震源到达各测点旅行时间,画出折射波时距曲线。
(3)分析并绘出地质断面。
评阅意见:
实验三电法勘探(对称四极剖面法)
3.1目的要求:
掌握对称四极剖面法的基本原理和实验方法,了解电阻率法仪器的基本原理和操作,通过测量得到测线上各个测点的电阻率,画出对称四极剖面法电阻率曲线,并进行分析。
3.2仪器设备:
WGMD-3高密度电阻率测量系统:
WDJD-3多功能数字直流激电仪,WDJZ-3多路电极转换器,电极,导线,电源等。
3.3实验内容:
3.3.1实验前准备工作
3.3.1.1确定测线方向和位置,选择合理的极距。
3.3.1.2仔细检查电阻率测量系统各部分工作是否正常。
(1)按仪器使用说明书的指标进行逐项检查。
(2)操作员应准备好仪器的各种连接导线和接线板。
(3)对使用的全部电线进行检查,确保电线、线架绝缘良好,线架转动灵活。
(4)对使用的电极要求清洁无锈、导电良好、电极接线牢固、接线夹完好。
(5)对所用各种电源进行检查,要求电源联接牢固,电压与电流稳定,防潮良好。
3.3.2实验步骤
3.3.2.1在测线上按选定的极距布置电极,电极排列采用α排列,并与WDJZ-3多路电极转换器相连接,电阻率测量系统的连接如图5.3.2.1。
图5.3.2.1高密度电阻率测量系统野外工作示意图
3.3.2.2选择系统工作方式为高密电阻率Ⅰ,
3.3.2.3在测量菜单下选择“5接地电阻”,对每个电极接地电阻进行检测。
3.3.2.4在测量菜单下选择“3电池电压”,测量主机电池电压。
3.3.2.5在测量菜单下选择“4电极箱电压”,测量WDJZ-3多路电极转换器电池电压。
3.3.2.6在主菜单下选择“1设置工作参数”,工作参数包括:
断面号、装置、滚动数、电极数、极距、剖面数。
3.3.2.7在主菜单下选择“2测量”,再选择剖面或断面进行测量。
3.3.2.8结束测量。
3.3.3资料整理
从仪器上读出测线上各个测点的电阻率,绘制四极剖面法电阻率曲线。
3.4.3成果资料
(1)电法勘探(对称四极剖面法)成果表
电法勘探(对称四极剖面法)成果表
测试剖面:
仪器:
电极排列:
极距:
测点号
距离x
电阻率ρs,
测点号
距离x
电阻率ρs,
m
ΩM
m
ΩM
记录:
时间:
(2)读出测线上各测点的电阻率ρs,并绘制电阻率曲线。
(3)分析并绘出地质断面。
评阅意见:
实验四声波勘探(声波透射法测桩)
4.1目的要求:
掌握超声波传播原理和声波透射测桩方法。
熟悉声波仪的原理和操作,根据仪器测得的各测点波形计算声时tc、声速v、波幅Ap,画出其随桩身深度的变化曲线,判断桩身质量。
4.2仪器用具:
WSD-2数字声波仪、发射与接收声波换能器、测线等。
4.3实验内容:
4.3.1实验前准备工作
4.3.1.1采用标定法确定仪器系统延迟时间。
4.3.1.2计算几何因素声时修正值。
4.3.1.3在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。
4.3.1.4将各声测管内注满清水,检查声测管畅通情况;换能器应能在全程范围内正常升降。
4.3.2实验步骤
4.3.2.1将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中的测点处。
4.3.2.2发射与接收声波换能器应以相同标高(图10.3.3a)或保持固定高差(图10.3.3b)同步升降,测点间距不应大于250mm。
4.3.2.3实时显示和记录接收信号的时程曲线,读取声时、首波峰值和周期值,宜同时显示频谱曲线及主频值。
4.3.2.4将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合,分别对所有检测剖面完成检测。
4.3.2.5在桩身质量可疑的测点周围,应采用加密测点、斜测、扇形扫测(图10.3.3c)进行复测,进一步确定桩身缺陷的位置和范围。
4.3.2.6在同一检测剖面的检测过程中,声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。
i+1
i+1
i
i
(b)斜测
(c)扇形扫测
(a)平测
图4.3.2平测、斜测和扇形扫测示意图
4.3.3资料整理
4.3.3.1根据测得的各测点波形,按下列各式计算声时tc、声速v、波幅Ap,并绘制声速-深度(v-z)曲线和波幅-深度(Ap-z)曲线,
(4.3.3-1)
(4.3.3-2)
(4.3.3-3)
式中
tci——第i测点声时(μs);
ti——第i测点声时测量值(μs);
t0——仪器系统延迟时间(μs);
t′——几何因素声时修正值(μs);
l′——每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离(mm);
vi——第i测点声速(km/s);
Api——第i测点波幅值(dB);
ai——第i测点信号首波峰值(V);
a0——零分贝信号幅值(V);
4.3.3.2按下列步骤计算声速临界值:
(1)将同一检测剖面各测点的声速值vi由大到小依次排序,即
v1≥v2≥…vn-k≥…vn-1≥vn(4.3.3-4)
式中v——声速测量值;
n——检测剖面测点数;
k——去掉的小数值数据个数。
(2)对去掉vi中最小数值后的其余数据进行统计计算:
v0=vm-λ.sx(4.3.3-5)
(4.3.3-6)
(4.3.3-7)
式中v0——异常判断值;
vm——(n-k)个数据的平均值;
sx——(n-k)个数据的标准差;
λ——由表4.3.3.1查得的与(n-k)相对应的系数。
表4.3.3.1统计数据个数(n-k)与对应的λ值
n-k
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
λ
1.64
1.69
1.73
1.77
1.80
1.83
1.86
1.89
1.91
1.94
n-k
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
λ
1.96
1.98
2.00
2.02
2.04
2.05
2.07
2.09
2.10
2.11
n-k
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
λ
2.13
2.14
2.15
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
n-k
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
λ
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.29
2.30
2.31
2.32
n-k
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
λ
2.33
2.34
2.36
2.38
2.39
2.41
2.42
2.43
2.45
2.46
n-k
150
160
170
180
190
200
220
240
260
280
λ
2.47
2.50
2.52
2.54
2.56
2.58
2.61
2.64
2.67
2.69
(3)将参加统计的数组的最小数据vn-k与异常判断值v0进行比较,当vn-k≤v0时,则去掉最小数据,重复式(4.3.3-5)~(4.3.3-7)的计算步骤,直到下式成立:
vn-k>v0(4.3.3-8)
此时,v0为声速的异常判断临界值vc。
(4)声速异常时的临界值判据为:
vi<vc(4.3.3-9)
当式(4.3.3-9)成立时,声速可判定为异常。
4.3.3.3当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时,宜采用声速低限值判据:
vi<vL(4.3.3-10)
式中vi——第i测点声速(km/s);
vL——声速低限值(km/s),由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果,结合本地区实际经验确定。
当式(10.4.3)成立时,可直接判定为声速低于低限值异常。
4.3.3.4波幅异常时的临界值判据应按下列公式计算:
(4.3.3-11)
Api<Am–6(4.3.3-12)
式中Am——波幅平均值(dB);
——检测面测点数。
当式(4.3.3-12)成立时,波幅可判定为异常。
4.3.3.5桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值以及混凝土声速低限值,按表4.3.3.2的规定和表4.3.3.3的特征进行综合判定。
表4.3.3.2桩身完整性分类表
桩身完整性类别
分类原则
Ⅰ类桩
桩身完整
Ⅱ类桩
桩身有轻微缺陷,不会影响桩身结构承载力的正常发挥
Ⅲ类桩
桩身有明显缺陷,对桩身结构承载力有影响
Ⅳ类桩
桩身存在严重缺陷
表4.3.3.3桩身完整性判定
类别
特征
Ⅰ
各检测剖面的声学参数均无异常,无声速低于低限值异常
Ⅱ
某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常,无声速低于低限值异常
Ⅲ
某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常;
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常;
局部混凝土声速出现低于低限值异常
Ⅳ
某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常;
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常;
桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变
4.3.4成果资料
(1)声测管布置图;
(2)受检桩每个检测剖面成果表,包括各个测点的深度、声速、波幅和相应判别临界值。
(3)受检桩每个检测剖面声速-深度曲线、波幅-深度曲线,并将相应判据临界值所对应的标志线绘制于同一个座标系;
(4)缺陷分布图示;
(5)受检桩综合判定结论。
评阅意见:
实验五低应变法测桩(反射波法)
5.1目的要求:
掌握反射波法测桩的基本原理和测试方法。
熟悉基桩动测仪的操作,根据仪器测得的波形判断混凝土桩的桩身完整性,并判定桩身缺陷的程度及位置。
5.2仪器用具:
RS-1616KP基桩动测仪、传感器和敲击锤等。
5.3实验内容:
5.3.1实验前准备工作
5.3.1.1清理桩头,使桩头的材质、强度、截面尺寸与桩身基本等同,桩顶面平整、密实、并与桩轴线基本垂直。
5.3.1.2仔细检查仪器,使测试仪器各部分之间匹配良好。
5.3.1.3通过对比测试,选择适当的锤型、锤重、锤垫材料、传感器的安装方式。
5.3.2实验步骤
5.3.2.1传感器安装
(1)将传感器垂直、紧密安装于桩顶面,传感器可用黄油、橡皮泥、石膏等材料作为偶合剂与桩顶面粘接,或采取冲击钻孔打眼安装方式,在信号采集过程中不得产生滑移或松动。
(2)锤击点与测量传感器安装点位置应避开钢筋笼的主筋影响,传感器安装点位置及附近不得有缺损和裂缝。
(3)实心桩的锤击点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处;空心桩的锤击点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成的夹角宜为90°,锤击点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。
5.3.2.2锤击桩顶,其锤击方向应沿桩的轴线方向。
5.3.2.3信号采集和筛选。
(1)根据桩径大小,桩心对称布置2~4个检测点;每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。
(2)检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。
(3)不同检测点及多次实测时域信号一致性较差,应分析原因,增加检测点数量。
(4)信号不应失真和产生零漂,信号幅值不应超过测量系统的量程。
5.3.2.4储存实测信号。
5.3.3资料整理
5.3.3.1桩身波速平均值的确定应符合下列规定:
(1)当桩长已知、桩底反射信号明确时,在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中,选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值按下式计算其平均值:
(5.3.3-1)
(5.3.3-2)
(5.3.3-3)
式中cm——桩身波速的平均值(m/s);
ci——第i根受检桩的桩身波速值(m/s),且︱ci-cm︱/cm≤5%;
L——测点下桩长(m);
ΔT——速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差(ms);
Δf——幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差(Hz);
n——参加波速平均值计算的基桩数量(n≥5)。
(2)当无法按上款确定时,波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值,结合桩身混凝土的骨料品种和强度等级综合确定。
5.3.3.2桩身缺陷位置应按下列公式计算:
(5.3.3-4)
(5.3.3-5)
式中x——桩身缺陷至传感器安装点的距离(m);
Δtx——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差(ms);
c——受检桩的桩身波速(m/s),无法确定时用cm值替代;
Δf′——幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差(Hz)。
5.3.3.3桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况,按表5.3.3.1和表5.3.3.2所列实测时域或幅频信号特征进行综合分析判定。
表5.3.3.1桩身完整性分类表
桩身完整性类别
分类原则
Ⅰ类桩
桩身完整
Ⅱ类桩
桩身有轻微缺陷,不会影响桩身结构承载力的正常发挥
Ⅲ类桩
桩身有明显缺陷,对桩身结构承载力有影响
Ⅳ类桩
桩身存在严重缺陷
表5.3.3.2桩身完整性判定
类别
时域信号特征
幅频信号特征
Ⅰ
2L/c时刻前无缺陷反射波;
有桩底反射波
桩底谐振峰排列基本等间距,其相邻频差Δf≈c/2L
Ⅱ
2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波;
有桩底反射波
桩底谐振峰排列基本等间距,其相邻频差Δf≈c/2L,轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差Δf′>c/2L
Ⅲ
有明显缺陷反射波,其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间
Ⅳ
2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波;
或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动;
无桩底反射波
缺陷谐振峰排列基本等间距,相邻频差Δf′>c/2L;
或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰;
无桩底谐振峰
注:
对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩,因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时,可参照本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。
5.3.3.4对于混凝土灌注桩,采用时域信号分析时应区分桩身截面渐变后恢复至原桩径并在该阻抗突变处的一次反射,或扩径突变处的二次反射,结合成桩工艺和地质条件综合分析判定受检桩的完整性类别。
5.3.3.5对于嵌岩桩,桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时,应采取其他方法核验桩底嵌岩情况。
5.3.3.6出现下列情况之一,桩身完整性判定宜结合其他检测方法进行:
(1)实测信号复杂,无规律,无法对其进行准确评价。
(2)设计桩身截面渐变或多变,且变化幅度较大的混凝土灌注桩。
4.3.3成果资料
(1)桩身完整性检测的实测信号曲线;
(2)桩身波速取值。
(3)桩身完整性描述、缺陷的位置及桩身完整性类别;
评阅意见:
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