(高清版)GBT 33521.32-2021 機(jī)械振動(dòng)　軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)　第32部分：大地的動(dòng)態(tài)性能測(cè)量VIP

ICS17.160GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015機(jī)械振動(dòng)軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)第32部分：大地的動(dòng)態(tài)性能測(cè)量railsystems—Part32:Measurementofdynamicpropertiesoftheground(ISO/TS14837-32:2015,IDT)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015 Ⅲ 1 1 14地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)的傳播 3 34.2地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲與地傳振動(dòng)——頻率影響 3 3 35.2基波傳播參數(shù) 45.3材料損耗和非線性 75.4大地的幾何效應(yīng)、分層和橫向變異性 5.5近場(chǎng)效應(yīng) 5.6各向異性 5.7地下水的影響——兩相介質(zhì)的巖土材料 6參數(shù)估算和測(cè)量方法 6.1大地分層和分類：鉆孔柱狀圖和地震勘測(cè) 6.2土與巖石 6.3基于指標(biāo)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算方法 6.3.1概述 6.3.2有效(體積)質(zhì)量密度 6.3.3波速和彈性剪切模量 6.4基于巖土原位貫入試驗(yàn)的間接測(cè)定 6.4.1概述 6.5大地動(dòng)態(tài)參數(shù)的直接原位測(cè)量 6.5.1概述 20 236.5.3下孔(和上孔)測(cè)量——地震CPT(S-CPT) 26 29 6.5.6其他原位方法 6.6大地動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量 ⅡGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20156.6.1概述 6.6.2壓電測(cè)量 6.6.3共振柱測(cè)試 7大地參數(shù)確定策略 7.1概述 7.2地傳振動(dòng)和地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲的嚴(yán)酷度 7.3可用信息的參數(shù)估算 7.4原位測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量總結(jié) 7.5直接測(cè)量振動(dòng)和噪聲傳播作為測(cè)量大地動(dòng)態(tài)性能和使用計(jì)算模型的替代方法 附錄A(資料性附錄)本部分中使用的縮寫 ⅢGB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015GB/T33521《機(jī)械振動(dòng)軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)》已經(jīng)或計(jì)劃發(fā)布以下——第1部分：總則； 第31部分：建筑物內(nèi)人體暴露評(píng)價(jià)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量指南：——第32部分：大地的動(dòng)態(tài)性能測(cè)量。本部分為GB/T33521的第32部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分使用翻譯法等同采用ISO/TS14837-32:2015《機(jī)械振動(dòng)軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015試和估算方法。本部分的第4章概述了地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)，在分。第5章定義了相關(guān)的大地動(dòng)態(tài)參數(shù)，描述了這些參數(shù)間的相關(guān)性以及與波傳播的基礎(chǔ)物理學(xué)關(guān)系。第6章給出了這些參數(shù)的確定方法：6.3給出基于傳統(tǒng)巖土工程和工程地質(zhì)指標(biāo)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)修正的簡(jiǎn)單估算方法；6.4給出從巖土的現(xiàn)場(chǎng)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)間接測(cè)定的方法；6.5和6.6給出更精確的直接在現(xiàn)場(chǎng)原位和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試這些參數(shù)的方法。1GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015機(jī)械振動(dòng)軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)第32部分：大地的動(dòng)態(tài)性能測(cè)量1范圍GB/T33521的本部分提供了軌道系統(tǒng)至鄰近建筑物基礎(chǔ)之間的大地(即地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)的傳播介質(zhì))的動(dòng)態(tài)性能測(cè)量的指南和方法。目的是確定大地系統(tǒng)的參數(shù)，以便可靠地預(yù)測(cè)噪聲和振動(dòng)的傳播、設(shè)計(jì)滿足噪聲和振動(dòng)要求的軌道系統(tǒng)和地基、謀劃對(duì)策以及驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T33521.1—2017機(jī)械振動(dòng)軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)第1部分：總3符號(hào)下列符號(hào)適用于GB/T33521的本部分。注：縮寫匯總見附錄A。B剪切模量(Gmax)公式中的無(wú)量綱常數(shù)D與損耗有關(guān)的距離衰減因子d波的傳播距離Ema楊氏模量，低應(yīng)變動(dòng)態(tài)值f頻率G*復(fù)剪切模量Gmax剪切模量，低應(yīng)變動(dòng)態(tài)值Ip塑性指數(shù)k*復(fù)波數(shù)M*復(fù)側(cè)限模量Mmax側(cè)限模量，低應(yīng)變動(dòng)態(tài)值N?0標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)中的修正錘擊數(shù)n剪切模量(Gmax)公式中的應(yīng)力指數(shù)P振動(dòng)功率通量pa參考應(yīng)力(壓力),pa=100kPaQ材料品質(zhì)因子2GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015Q.巖石品質(zhì)因子q圓錐貫入試驗(yàn)(CPT)中的錐尖阻抗RR。參考徑向距離，斜向或沿表面波功率通量的功率譜飽和度S質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度功率譜不排水抗剪強(qiáng)度t時(shí)間V不依賴波型的波速v平均波速Vp壓縮波波速Vs剪切波波速水中的聲波波速v質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度U?參考距離的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均方根值W一個(gè)遲滯環(huán)的勢(shì)能Zp平面壓縮波的比阻抗Zs平面剪切波的比阻抗≈α距離衰減指數(shù)周期(動(dòng))剪應(yīng)變一個(gè)遲滯環(huán)的能量損失周期(動(dòng))法向應(yīng)變5SDOF的臨界阻尼(阻尼比)7材料損耗因子壓縮波的材料損耗因子剪切波的材料損耗因子小應(yīng)變線性范圍內(nèi)材料損耗因子λ波長(zhǎng)2階拉梅常數(shù)，低應(yīng)變動(dòng)態(tài)值v。5p體積質(zhì)量密度σe周期(動(dòng))法向應(yīng)力σ'有效垂直法向應(yīng)力Te周期(動(dòng))剪應(yīng)力3GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20154地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)的傳播軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)以機(jī)械波形式通過地表下傳播。波的傳播受大地中程度上受幾何效應(yīng)控制。波的傳播方向進(jìn)行前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而剪切波中質(zhì)點(diǎn)是垂直于波的傳播方向運(yùn)動(dòng)。因此剪切波能在不同平面中偏振，而P波是非偏振的。真實(shí)的大地不是無(wú)限均勻的，不同分層和土體之間有自由表面和界波長(zhǎng)變化。實(shí)際大地中振動(dòng)傳播的波都源于兩種基波，因此解決傳播波場(chǎng)的問題關(guān)鍵是了解控制這些基波的巖土材料性能，以及這些性能在整個(gè)大地中的分布。根據(jù)整個(gè)傳輸路徑中地層和土體的材料性能以及方法。更多補(bǔ)充信息見參考文獻(xiàn)[105]。和基波適用于地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)。唯一的區(qū)別是頻率以及對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。按GB/T33521.1—2017的規(guī)定，軌道系統(tǒng)地傳振動(dòng)的相關(guān)頻率范圍定義為1Hz～80Hz的人體全身振動(dòng)感知范圍(見ISO8041)。軌道系統(tǒng)地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲的相關(guān)頻率范圍應(yīng)在可聽范圍內(nèi)，GB/T33521.1—2017建議約16Hz～250Hz。地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲通過振動(dòng)建筑物表面以聲音形式再次輻射，而地傳振動(dòng)主要從振動(dòng)地板傳播到人體全身。地傳振動(dòng)除了對(duì)建筑物內(nèi)的人產(chǎn)生影響之外，也可能對(duì)敏感裝置甚至建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。耗機(jī)理影響，且具有頻率依賴特性。因此地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲在某地點(diǎn)的傳播特性可能與低頻振動(dòng)的傳播特性大不相同。5大地中波傳播參數(shù)第5章概述了地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)傳播的重要材料參數(shù)，以及理論表達(dá)形式和相互關(guān)系。4GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015第6章給出了經(jīng)驗(yàn)估算和測(cè)量這些參數(shù)的方法。5.2基波傳播參數(shù)在均勻彈性各向同性固體介質(zhì)中，存在兩種基本平面體波：膨脹波(P波，壓縮波)和剪切波(S波)。波的傳播速度V與土和巖石傳播介質(zhì)的剛度模量和體積(有效)質(zhì)量密度有關(guān)，如下所示：a)膨脹波波速Vp,單位為米每秒(m/s):…………(1)b)剪切波波速Vs,單位為米每秒(m/s):式中：Mmax——彈性側(cè)限模量，單位為帕(Pa);Gmax--—介質(zhì)的彈性剪切模量，單位為帕(Pa);p-—體積(有效)質(zhì)量密度，單位為千克每立方米(kg/m3)。下標(biāo)max是巖土動(dòng)力學(xué)的術(shù)語(yǔ)，表示當(dāng)動(dòng)應(yīng)變(幅值)足夠低以使巖土材料表現(xiàn)出線性彈性時(shí)，相應(yīng)模量的最大穩(wěn)態(tài)值。與該最大值相比，當(dāng)動(dòng)應(yīng)變(幅值)增大時(shí)，材料非線性導(dǎo)致割線模量降低。將動(dòng)態(tài)模量與巖土力學(xué)中常規(guī)靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)模量區(qū)分開來至關(guān)重要。靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)模量是在高應(yīng)力(應(yīng)變)和長(zhǎng)期(永久)載荷作用下確定的，受非線性和蠕變通常導(dǎo)致巖土材料靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)模量比其線性動(dòng)態(tài)模量低得多。因此，在巖土動(dòng)力學(xué)計(jì)算中采用靜態(tài)模量會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤的結(jié)果。各向同性彈性介質(zhì)的變形特性通常由兩個(gè)獨(dú)立的彈性特征參數(shù)來定義，可以是Mmx和Gma。引入泊松比v。作為第二個(gè)參數(shù)，側(cè)限模量Mmax可通過公式(3)由剪切模量Gmax計(jì)算得到： (3)這里，泊松比帶有下標(biāo)0,適用于線性彈性范圍的低動(dòng)應(yīng)變狀態(tài)，與巖土力學(xué)中使用的準(zhǔn)靜態(tài)泊松比有較大不同。膨脹波波速Vp,也能通過剪切波波速Vs和泊松比v。由公式(4)計(jì)算得到： 從公式(4)中可以看出，膨脹波波速始終大于剪切波波速，即Vp>Vs,且當(dāng)v。接近0.5時(shí)，Vp/Vs會(huì)急劇增大。泊松比。能通過兩種基本體波的波速Vp和Vs由公式(5)計(jì)算得到： (5)如引入楊氏模量Emx作為第二個(gè)彈性參數(shù)，其與剪切模量Gmx和泊松比v。的關(guān)系見公式(6):Emax=2(1+vo)Gmax (6)或者，引入體積彈性模量Kmx,能用兩個(gè)彈性常數(shù)中的任一表達(dá)。與剪切模量Gmx和側(cè)限模量Mmax的關(guān)系見公式(7):……(7)圖1給出了大地中應(yīng)力和變形以及坐標(biāo)系。受壓為正，即σ>0。剪應(yīng)力t的第一個(gè)下標(biāo)表示方向，第二個(gè)表示所在平面。5說明：c——z平面，△τ=△tx。GB/T33521.32—2021/ISO/TS注：兩個(gè)拉梅常數(shù)是一組可選的彈性特征參數(shù)。它們與前面定義的彈性特征參數(shù)唯一相關(guān)。當(dāng)用于巖土材料時(shí)，盡管不常用，也可以通過下標(biāo)max這種簡(jiǎn)便方式來表示拉梅常數(shù)的低應(yīng)變穩(wěn)態(tài)值。拉梅常數(shù)與其他參數(shù)的關(guān)系如下：λmax=Mmax—2Gmax=GmZa)剪切模量G=△t/△γb)側(cè)限模量M=△o./△ε:說明：a)△t,=△tr=△r,△γ_=△Y,=△b)約束邊界△e,=△e,=0,無(wú)橫向應(yīng)變；c)△ex=△Ey=△er,自由邊界△ox=△o,=0,泊松比v=△er/注：圖示是以Z方向作為主方向。這些定義同樣適用于X方向或Y方向作為主方向。6GB/T33521.32—2021/ISO/TSDc)楊氏模量E=△o./△s.巖土材料的阻抗和材料之間的比阻抗是評(píng)估兩種材料界面之間能量傳遞效率以及在巖土材料體邊界形成界面波的重要參數(shù)。然而對(duì)于與振動(dòng)波長(zhǎng)相比較薄的地層，要注意不同材料的比阻抗不再是決定振動(dòng)能量反射和傳播性能的重要參數(shù)，而是地層厚度。這在典型的隔振屏障性能評(píng)估時(shí)尤為重要。在彈性各向同性巖土材料體中平面波的比阻抗Z定義如下：a)平面膨脹波比阻抗Zp:b)平面剪切波比阻抗Zs:比阻抗單位為帕秒每米[(Pa·s)/m],將波在傳播中的動(dòng)應(yīng)力(循環(huán)應(yīng)力)與相應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)速度相關(guān)聯(lián)。質(zhì)點(diǎn)速度為v的平面剪切波在剪切波比阻抗為Zs的大地中沿某一方向傳播時(shí)，在波偏振平面中施加動(dòng)態(tài)剪應(yīng)力ry等于公式(10)的結(jié)果：Tey=Zsv………(10)相應(yīng)的剪應(yīng)變?chǔ)?。按公?11):……(11)相應(yīng)的，質(zhì)點(diǎn)速度v的膨脹波在傳播方向上的法向應(yīng)力σc和法向應(yīng)變e。分別按公式(12)和公式(13): (12) (13)公式(10)～公式(13)僅適用于一個(gè)方向傳播的單個(gè)基波分量。在駐波、表面波和界面波等多個(gè)波分量相互作用的情況下，需要考慮疊加效應(yīng)，不能簡(jiǎn)單的應(yīng)用上述關(guān)系式。在基本平面波分量的方向上以單個(gè)頻率傳播的平均機(jī)械功率通量密度P,單位為瓦每平方米(W/m2),按公式(14):…………(14)式中：Z—-—波的大地比阻抗，單位為帕秒每米[(Pa·s)/m];——波的單個(gè)頻率分量的質(zhì)點(diǎn)速度幅值，單位為米每秒(m/s)。相應(yīng)地，對(duì)于寬帶振動(dòng)傳播，功率通量譜密度Spp按公式(15):7GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015式中：………………Sw(f)——波在大地振動(dòng)傳播過程中質(zhì)點(diǎn)速度的功率譜密度函數(shù)，單位為平方米每二次方秒赫Spp(f)——單位為瓦每平方米赫[(W·m2)/Hz]。對(duì)于質(zhì)點(diǎn)速度均方根值為vRMs的寬帶振動(dòng)，總功率通量Ptot為：軌道系統(tǒng)振動(dòng)屬于瞬態(tài)和時(shí)變振動(dòng)。當(dāng)涉及質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)變、應(yīng)力和功率的典型值時(shí)，GB/T33521.1—2017的7.4給出的運(yùn)行均方根時(shí)域振幅或運(yùn)行頻譜值的形式可能最相關(guān)。此外根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，1s運(yùn)行時(shí)間窗分析得到的典型值可以用來評(píng)估巖土材料的動(dòng)態(tài)性能。在這段時(shí)間內(nèi)足夠穩(wěn)定。嚴(yán)格來說，上述公式僅適用于平面波。然而，它們能用來近似模擬軌道系統(tǒng)引起的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)的真實(shí)波。只有在靠近振源(即近場(chǎng))等特殊情況下，可能需要考慮球面波理論。近場(chǎng)效應(yīng)將在5.5中進(jìn)一步討論。5.3材料損耗和非線性對(duì)于軌道系統(tǒng)引起的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)，巖土材料動(dòng)應(yīng)變大多在線性范圍內(nèi)。然而，即使在小應(yīng)變下，巖土材料仍會(huì)出現(xiàn)一定程度的能量損耗，體現(xiàn)為少量的衰減。只有靠近軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載源、軌道附近、陡邊緣以及不連續(xù)的位置，才能出現(xiàn)較大的動(dòng)應(yīng)變。當(dāng)列車速度等于大地瑞利波波速(臨界列車速度)和大于大地瑞利波波速時(shí)，即跨瑞利波波速，可能出現(xiàn)過大的軌道和大地振動(dòng)，此時(shí)應(yīng)變值很大，在仿真、分析和緩解措施的研究過程中需要考慮非線性[102]。研究地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)時(shí)，采用粘彈性模型(Kelvin-Voigt模型)和材料損耗因子η既方便又具有足夠精度。η定義按公式(17): (17)式中：△W——一個(gè)加載周期中的能量損失，單位為焦(J)。如圖3所示，材料損耗因子量化了振動(dòng)波通過的每個(gè)加載周期能量損耗。8GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015a)遲滯阻尼比定義b)Gmx和G.定義Y?——非線性彈性范圍內(nèi)或更大的應(yīng)變幅值(應(yīng)變范圍的定義見圖8和圖10)。圖3巖土材料的遲滯阻尼定義 (18)在土動(dòng)力學(xué)和巖土地震工程文獻(xiàn)中[20],巖土材料兌遲滯損耗通常被定義為阻尼比或阻尼系數(shù)。注1:土動(dòng)力學(xué)和巖土地震工程文獻(xiàn)中使用的阻尼比或阻尼系數(shù)通常表示為ξ,與材料損耗因子η相似，同樣用遲力學(xué)系統(tǒng)中的臨界阻尼(阻尼比)5混淆。臨界阻尼的定義為5=C/C。=C/的系統(tǒng)的臨界阻尼(相同。巖土材料的損耗特性具有摩擦和遲滯阻尼性質(zhì)(輕微非線性),而非粘性，因此對(duì)頻率幾乎不敏感。為了模擬遲滯損耗特性并同時(shí)保持線性粘彈性公式的方便性，引入與頻率成反比的粘度參數(shù)。這消除了粘彈性材料固有的頻率相關(guān)性，而遲滯材料特性不具有頻率相關(guān)性。這種損耗形式通常被稱為線性滯回[20]。采用Kelvin-Voigt公式，得到復(fù)剛度模量為：a)膨脹波的復(fù)側(cè)限模量M*:M*=M(1+iηp)……(19)b)剪切波的復(fù)剪切模量G”:G*=G(1+iηs)…………(20)9GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015復(fù)模量也導(dǎo)致復(fù)波速和復(fù)波數(shù)。當(dāng)用復(fù)數(shù)模量替代傳統(tǒng)的實(shí)數(shù)模量時(shí)，上述的所有波傳播公式都這里k?是表示波隨傳播距離的損耗注2:復(fù)波速和相應(yīng)的復(fù)波數(shù)可分別表示為V*=V?+iV?,其中V是波的傳播速度。參考文獻(xiàn)[20]和[91]中詳細(xì)介紹了復(fù)波速和復(fù)波數(shù)。振動(dòng)波從距離R。傳播到R時(shí)，巖土材料損耗因子對(duì)振動(dòng)波衰減的作用能按公式(21)表示：e-a(R-Ro) (21)因子D的關(guān)系能按公式(22)表示：e-a(R-Ro)=e-2nJD(R-Ro)/V=e-2xD(R-Ro)/A…………(22)V——波傳播速度，單位為米每秒(m/s);f——頻率，單位為赫(Hz);D——與損耗有關(guān)的距離衰減因子。對(duì)于低損耗因子，D能近似為D=η/2,只要η低于約0.3,該近似即可成立，圖4給出了兩者間的精確關(guān)系。差值R-R。是所討論的波的實(shí)際傳播距離。從公式(22)能看出，振動(dòng)波在傳遞過程中每個(gè)波長(zhǎng)距離的損耗衰減率為常數(shù)。的關(guān)系。從該公式可以看出，D不可能超過0.35。rr000.20.說明：注：數(shù)字需要乘以100以給出阻尼值的百分?jǐn)?shù)。圖4與損耗相關(guān)的距離衰減D和遲滯阻尼比5GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20155.4大地的幾何效應(yīng)、分層和橫向變異性在地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)隨距離增加的衰減中，幾何效應(yīng)的影響通常超過土體自身?yè)p耗的影響，特別是低頻時(shí)?；镜膸缀涡?yīng)通常稱為輻射衰減、距離衰減或幾何衰減，是由于波在遠(yuǎn)離信號(hào)源傳播擴(kuò)散開時(shí)，波能量分布在越來越大的表面上。這導(dǎo)致傳播距離越遠(yuǎn)，振動(dòng)波功率密度越小，振動(dòng)幅值也隨之減小。大體上，當(dāng)能量以波的形式從點(diǎn)振源向各向同性均勻介質(zhì)遠(yuǎn)處傳播時(shí)，幾何衰減導(dǎo)致基本體波幅值的降低與傳播距離呈正比。材料損耗機(jī)理更進(jìn)一步加劇了波能的衰減。對(duì)于均勻彈性半空間體，除了兩個(gè)基本體波外，還存在一種表面波。表面波也叫瑞利波，在相同材料中，瑞利波波速Vr略低于剪切波波速Vs。Vr/Vs的比值取決于泊松比，介于0.87～0.96之間。圖5繪制了VR/Vs和Vp/Vs與泊松比的關(guān)系。瑞利波沿自由表面?zhèn)鞑?，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為逆向橢圓形，隨著深度的增加而逐漸消失。大多數(shù)瑞利波僅在大約一個(gè)波長(zhǎng)深的地層中傳播。這意味著在半空間中，低頻比高頻的波滲透更深。來自點(diǎn)振源的瑞利波波能沿圓柱形表面而非球形表面?zhèn)鞑?。因此，這種幾何能量傳播導(dǎo)致瑞利波的振幅衰減與距離的平方根成正比。YY32113022——P波；圖5瑞利波和P波波速與剪切波波速歸一化比值與泊松比關(guān)系在許多情況下，表面波對(duì)軌道系統(tǒng)的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)是至關(guān)重要的。首先，來自面振源的大部分能量轉(zhuǎn)換為表面波；其次，表面波的距離衰減比體波小，因此傳播距離越遠(yuǎn)表面波越占主導(dǎo)。對(duì)于均勻半空間，包含幾何衰減和材料損耗衰減的總距離衰減能用公式(23)表示： (23)在公式(23)中，v。和v分別是距離振源R。和R處的振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度。對(duì)于均勻半空間，介質(zhì)中體波(P波和S波)的指數(shù)n為1,表面瑞利波的指數(shù)n為0.5,對(duì)于體波表面響應(yīng)的指數(shù)n為2。公式(23)中GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015頻。從本質(zhì)上講，公式(23)僅適用于振動(dòng)傳播由單一波型控制的區(qū)域。如果來自隧道的傳播由體波主然而公式(23)在用于實(shí)際情況時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了大量簡(jiǎn)化。除了近場(chǎng)效應(yīng)之外，實(shí)際大地的分層和不均勻性均可能與該公式的預(yù)測(cè)結(jié)果有嚴(yán)重的矛盾。并呈現(xiàn)出多種波類型。彌散波傳播速度具有頻率和波長(zhǎng)依賴性。彌散現(xiàn)象導(dǎo)致多種波形和不同模態(tài)出現(xiàn)在層間界面并沿該界面在層內(nèi)傳播。上述不同種類波型存在的程度、攜帶多少波的能量以及他們是性可能是大不相同的。如果大地層理以及巖土材料的基本動(dòng)態(tài)性能是已知的，那么這種復(fù)雜介質(zhì)中的波傳播在某種程度上能通過計(jì)算工具進(jìn)行建模。然而，為保證理論模型可解，建模過程通常需要以可控的方式做大量簡(jiǎn)在大多數(shù)情況下，基于輪軌關(guān)系的列車和電車的長(zhǎng)度比線路至所關(guān)注建筑物的距離長(zhǎng)。而列車各系列不相干的離散振源。對(duì)于沿著線路方向的離散點(diǎn)振源，導(dǎo)致產(chǎn)生相干振動(dòng)的距離，低頻比高頻更長(zhǎng)。波和膨脹波無(wú)法分離，表現(xiàn)為一個(gè)合成波。離開振源的距離超過約三個(gè)波長(zhǎng)后，近場(chǎng)逐漸轉(zhuǎn)變成遠(yuǎn)場(chǎng)。因此當(dāng)頻率低時(shí)，近場(chǎng)范圍可能很大。在近場(chǎng)中振幅隨距離衰減不是單調(diào)的，即使是在均勻大地條件土和巖石通常具有各向異性的傳播特性，即全局各向異性或材料各向異性。全局各向異性是由于大地分層、斷層等原因引起的，而材料各向異性則可由礦物顆粒各向異性或各向異性的應(yīng)力條件等引起。全局各向異性可顯著影響軌道系統(tǒng)的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)傳播。散射和衍射會(huì)導(dǎo)致過多振動(dòng)的預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)過程中需要考慮這些因素。該問題的詳細(xì)討論見5.4。材料各向異性通常沒有全局各向異性顯著,對(duì)波的傳播特性影響較小。這種各向異性很難通過現(xiàn)當(dāng)直接在某一地點(diǎn)進(jìn)行大地的噪聲和振動(dòng)傳播特性原位全尺寸測(cè)量時(shí)，測(cè)得該地點(diǎn)固有的全局各性的差異可導(dǎo)致較大誤差。5.7地下水的影響——兩相介質(zhì)的巖土材料GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015但需要重點(diǎn)注意，由于與軟土顆粒相比水的壓縮性低，完全飽和松土的膨脹波波速Vp通常約為1500m/s,比其剪切波波速Vs至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。使得表層有效介質(zhì)的泊松比v。接近0.5,能給一些數(shù)值計(jì)算工具帶來問題。更需注意，這種情況僅對(duì)完全飽和土適用。即使在孔隙水中存在微量空氣或氣體，也會(huì)急劇降低P波在有效介質(zhì)中傳播速度，數(shù)值接近Vp=2Vs,見公式(28)和6.3。更多有關(guān)飽和土中波速的細(xì)節(jié)參考流體置換理論。同理，通過測(cè)量P波波速估算S波波速也是不合適的。對(duì)于波注：Biot-Gassmann流體置換理論中詳細(xì)介紹了孔隙流體對(duì)巖土材料波速影響的研究，更多闡述見參考文獻(xiàn)[39]、變化的地下水位和季節(jié)性河流水位會(huì)以上述方式改變振動(dòng)傳播特征。然而，季節(jié)性變化的水位不能確保所有材料表面都被潤(rùn)濕，也不能確保土體相對(duì)于P波波速而言重新達(dá)到完全飽和程度?？紤]飽和的意義在于獲取準(zhǔn)確的P波波速和體積密度。P波是地下軌道系統(tǒng)一個(gè)主要問題。相反地，對(duì)于地6參數(shù)估算和測(cè)量方法在對(duì)軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)進(jìn)行評(píng)估之前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土體狀況和分層進(jìn)行基水位深度是必不可少的信息。地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)問題無(wú)關(guān)。然而重要的是，噪聲和振動(dòng)專家可以獲取充分的巖土和地質(zhì)對(duì)噪聲和振動(dòng)問題能更高效地開展補(bǔ)充鉆孔和勘測(cè)。巖土和工程地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)方法是專業(yè)化的，不同的國(guó)家和地區(qū)會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r做不同的調(diào)整。這些超出了本部分的范圍。最常見的勘測(cè)方法概述詳見參考文獻(xiàn)[14]和[19]。常用的巖土和巖石力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見參考文獻(xiàn)[16]。除了提供現(xiàn)場(chǎng)土和巖石類型和范圍等一般信息外，傳統(tǒng)的巖土和巖石力學(xué)勘測(cè)數(shù)據(jù)揭示的指標(biāo)參典型現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)勘測(cè)方法包括一般回聲探測(cè)法(根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況不同會(huì)有調(diào)整)、圓錐貫入試驗(yàn)(CPT)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)、取樣實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，還有常規(guī)的地震折射法。對(duì)于動(dòng)力分析有用的指標(biāo)參參數(shù)評(píng)估大地動(dòng)態(tài)參數(shù)的方法見6.3。6.4介紹了通過原位貫入試驗(yàn)(CPT和SPT)間接確定動(dòng)態(tài)參數(shù)的方法。6.5介紹了采用專門的原位測(cè)試方法直接測(cè)量大地的動(dòng)態(tài)性能，以獲得更可靠的數(shù)據(jù)。通過直接獲取動(dòng)態(tài)性能數(shù)據(jù)。用于測(cè)量試樣動(dòng)態(tài)性能的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室方法見6.6。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20156.2土與巖石為了確定大地的動(dòng)態(tài)性能，需要注意的是，土和巖石在大多數(shù)地質(zhì)條件下的特征有明顯區(qū)別。因此，為方便地評(píng)估其動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)使用不同的方法。相關(guān)的土和巖石在下文中分別介紹。然而宜注意到，在某些地質(zhì)和環(huán)境條件下，土與巖石之間的區(qū)別并不明顯，這在存在殘積土的熱帶地區(qū)較為常見。這些殘積土從松散土緩慢漸變到較堅(jiān)硬巖石。對(duì)于殘積土，明確區(qū)分礦物顆粒和空隙可能是無(wú)效的，因?yàn)轭w粒在潮濕條件下，會(huì)破碎、吸收水分從而完全改變自然特性。6.3基于指標(biāo)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算方法基于一般巖土和巖石力學(xué)指標(biāo)參數(shù)以及傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)，有大量的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)方法來估算巖土材料的動(dòng)態(tài)性能，本條提供了一些預(yù)測(cè)公式。文獻(xiàn)中也包含了可供選擇的預(yù)測(cè)公式，能為特定和局部的地面條件提供更好的估算。公式能具有不同的形式，或者在常數(shù)和指數(shù)的取值上有差異。因此，建議對(duì)相同地理區(qū)域的早期經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和綜述。在早期階段或在地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)不是特別嚴(yán)重或其對(duì)土的特性不很敏感的項(xiàng)目中，這些預(yù)測(cè)方法可能被認(rèn)為足夠準(zhǔn)確。以下條中公式規(guī)定了巖土和巖石力學(xué)參數(shù)，更詳細(xì)的定義和解釋見參考文獻(xiàn)[16]。6.3.2有效(體積)質(zhì)量密度如果部分或完全飽和土的有效(體積)質(zhì)量密度p不能直接在工程現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)量或?qū)嶒?yàn)室測(cè)量，能通過公式(24)估算：p=(1-φ)pmineral+φS,Pwater……(24)φ--—土的孔隙率；S——水的飽和度；Pmincr——構(gòu)成顆粒的材料質(zhì)量密度，對(duì)于石英材料，接近2700kg/m3;Pwaer——水的質(zhì)量密度，接近1000kg/m3。6.3.3波速和彈性剪切模量在評(píng)估和控制軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)時(shí)，剪切波波速Vs和相應(yīng)的低應(yīng)變剪切模量Gma通常被認(rèn)為是最重要的大地動(dòng)態(tài)參數(shù)。兩者關(guān)系見公式(2)。Gmx和剪切波波速Vs取決于土特性和土中有效應(yīng)力。如果剪切波波速Vs或Gm沒有直接在現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室測(cè)量，可從原位應(yīng)力狀況和巖土材料指標(biāo)參數(shù)中進(jìn)行估算?？砂垂?25)得到較好的 (25)B——無(wú)量綱常數(shù)，對(duì)于大多數(shù)砂和礫石通常接近700。f(e)——土的空隙比e的無(wú)量綱函數(shù)[46],具體為：f(e)=1/(0.3+0.7e2)………(26)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015公式(25)和公式(26)適用范圍限于孔隙比e<1.2,與φ<0.55(即55%)相一致。pa——100kPa為參考?jí)毫?。定Gmax的深度處的八面體有效應(yīng)力σot。參考文獻(xiàn)[44]和[47]中有更多近期關(guān)于這一類經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的闡述。在常見的大地中，垂向有效應(yīng)力σ,是由覆蓋層重量(地下水力。見公式(24)估算質(zhì)量密度。0.7之間。然而在特殊地質(zhì)區(qū)域可能存在更高的數(shù)值。Gmax=(20800/Ip+250)s。 (27)圖6提出了另一種估算Gmax的方法，即利用粘土指標(biāo)參數(shù)超固結(jié)比OCR[26]。圖6繪出了Gmx/sDSs與OCR關(guān)系。sDSs為直接剪切裝置DSS中測(cè)定的不排水剪切強(qiáng)度。所有術(shù)語(yǔ)定義和進(jìn)一步解釋見參考文獻(xiàn)[16]和[26]。關(guān)于這個(gè)問題的補(bǔ)充公式見參考文獻(xiàn)[98]和[99]。YY600400200L102030403452Y——Gmax/sD?。對(duì)于干燥和部分飽和土，顆?；|(zhì)的低應(yīng)變泊松比v。的值通常在0.2～0.3之間。在這個(gè)范圍內(nèi)，度達(dá)到約0.99。對(duì)于完全飽和軟土(典型的Vs小于200m/s),膨脹波波速Vp能按公式(28)估算：GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015…………公式(28)僅適用于真正的高飽和度(>0.9999)。對(duì)于中飽和度和硬土，關(guān)系變得更加復(fù)雜，需要應(yīng)用更完善的Biot-Gassmann流體替代方案[39]。關(guān)于波在水飽和顆粒材料中的傳播深入探討見參考文獻(xiàn)[40]～[42]和[108]。石性能的常用指標(biāo)參數(shù)是巖石品質(zhì)因子Q.,參考文獻(xiàn)[43]對(duì)其進(jìn)行了定義，參考文獻(xiàn)[38]做了進(jìn)一步確定的一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)。然而Q。值不應(yīng)與公式(18)定義的材料品質(zhì)因子Q混淆。如果現(xiàn)場(chǎng)巖石的Q。從軌道系統(tǒng)項(xiàng)目的工程地質(zhì)勘測(cè)中得到，按公式(29)能大致估算巖體的膨脹波波速Vp,單位為千米每秒(km/s)[38]:Vp=1gQ。+3.5………(29)圖7給出了不同巖石類型典型Vp值范圍，在參考文獻(xiàn)[43]和[38]中也提到了。對(duì)于大多數(shù)巖石，低應(yīng)變泊松比v。的值典型分布在0.2～0.3范圍內(nèi)，利用公式(4)能通過Vp來估算Vs。在這個(gè)泊松比范圍，波速比Vp/Vs對(duì)v。不是特別敏感，在該范圍內(nèi)評(píng)估Vs時(shí)不會(huì)引入較大不確定度?；鶐r基巖水泥礫石(智利) 里阿斯頁(yè)巖(厄勒海峽)白堊紀(jì)石灰石(厄勒海峽)中新世石灰石(利比亞)始寒武統(tǒng)/寒武紀(jì)砂巖始新世石灰石(利比亞)寒武-志留紀(jì)石灰石約特尼砂巖(利馬)加里東石英巖片麻巖花崗巖變鈣長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖輝綠巖(利比里亞)地震波波速(km/s)圖7適用于微風(fēng)化和中度斷裂的巖石典型P波波速Vp范圍材料具有近似理想的線性彈性特性。然而，即使在這樣的小應(yīng)變情況下，材料也有少量的內(nèi)部損耗ymin。對(duì)于較高的應(yīng)變狀態(tài)(如靠近振源，跨瑞利波波速等),巖土材料表現(xiàn)出不斷增加的遲滯非線性行為，并導(dǎo)致額外的遲滯損耗。圖3闡明了遲滯剪應(yīng)力一應(yīng)變環(huán)，并定義了初始動(dòng)態(tài)剪切模量Gm和割線動(dòng)態(tài)剪切模量Gse以及遲滯材料損耗因子η,η定義見公式(17)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015量化巖土材料動(dòng)態(tài)非線性的一種簡(jiǎn)便方法是繪制標(biāo)準(zhǔn)剪切模量Gsee/Gmx相對(duì)于循環(huán)剪應(yīng)變?chǔ)谩５娜欢鳪s/Gmx比值一直保持合理不變，因此Gse/Gmax曲線也適合退化材料。對(duì)于排水加載時(shí)，材料由有效。不同狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的應(yīng)變值稱為臨界應(yīng)變。線性循環(huán)臨界剪應(yīng)變ya成為“非常小應(yīng)變”和“小應(yīng)圖8b)繪制出相應(yīng)的遲滯材料損耗因子η與循環(huán)剪應(yīng)變?chǔ)胑關(guān)系圖，同樣分為三個(gè)應(yīng)變水平狀1——線性范圍；2——非線性彈性范圍；3----非線性范圍；4—-1000次循環(huán)；5——1次循環(huán)；X——循環(huán)剪應(yīng)變?chǔ)胑,%;Y?——?dú)w一化剪切模量G/GmaxY?——材料損耗因子η,%。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015對(duì)于更多的塑性粘性土(粘土),可塑性程度會(huì)對(duì)歸一化剪切模量Gsge/Gmx、損耗因子η與循環(huán)剪中Ip=1時(shí)曲線與圖8中無(wú)粘性土材料相同。對(duì)于塑性粘土，應(yīng)變臨界值和循環(huán)行為狀態(tài)區(qū)域取決于Y?Y?11p=200020(N=1,ORC為1～15,對(duì)于一定范圍的塑性指數(shù)值I。為0～200X——循環(huán)剪應(yīng)變?chǔ)?,%;Y?—-—?dú)w一化剪切模量G/Gmax;Y?——材料損耗因子n,%。圖9不排水塑性土的典型非線性模量降低和阻尼變化曲線與塑性指數(shù)IpGB/T33521.32—2021/ISO/TSb)材料阻尼變化曲線(N=1,ORC為1～8,對(duì)于一定范圍的塑性指數(shù)值Ip為0～200)說明：1——γ均值線；2——yw均值線；3——非常小應(yīng)變；4——小應(yīng)變；5——中到大應(yīng)變；X——循環(huán)剪應(yīng)變?chǔ)?,%;Y-——塑性指數(shù)Ip,%。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015一的曲率關(guān)系，詳見參考文獻(xiàn)[28]。對(duì)于Gse/Gmx(Ye)曲線平坦區(qū)段在“非常小應(yīng)變”狀態(tài)下沒有曲率，傳統(tǒng)的遲滯理論認(rèn)為是零損耗。然而實(shí)際表明，巖土材料在“非常小應(yīng)變”狀態(tài)下也會(huì)產(chǎn)生小部分遲為6%~14%,粘土為4%～10%。對(duì)于軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)，由于地層之間模糊過渡、土體不均勻性等，會(huì)引起明顯的額外損耗，深入討論見5.4。模擬波在實(shí)際大地中的軌道系統(tǒng)傳播時(shí)，當(dāng)包含這個(gè)效應(yīng)時(shí)，表現(xiàn)的總損耗因子可能高達(dá)15%～20%。6.4基于巖土原位貫入試驗(yàn)的間接測(cè)定采用圓錐貫入試驗(yàn)(CPT)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)等方法收集的巖土原位測(cè)量數(shù)據(jù)，可通過經(jīng)驗(yàn)公式粗略估算Gmax、Vs。6.4.2圓錐貫入試驗(yàn)巖土土質(zhì)在軟到中等硬度條件下，圓錐貫入試驗(yàn)(CPT)是一種常用的巖土參數(shù)原位測(cè)定方法。該方法是基于標(biāo)準(zhǔn)圓錐體被連續(xù)壓入地面，同時(shí)測(cè)量錐尖阻抗、孔隙壓力和錐尖套管摩擦力。該方法詳見參考文獻(xiàn)[11]、[17]、[36]和[93]。CPT測(cè)試中得到的可用于估算大地動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵參數(shù)是錐尖阻抗，該參數(shù)與貫穿深度q?(z)有關(guān)，單位為千帕(kPa),可用于修正孔隙壓力的影響。如果已知孔隙比e(z)隨深度變化，對(duì)于粘性土，如粘土，Gmax能按公式(30)進(jìn)行粗略估算： (30)基于參考文獻(xiàn)[20],[36]和[48],公式(30)是按國(guó)際單位制(SI)重新表達(dá)。參考?jí)毫a=100kPa,與公式(25)中相同。按公式(30)得到的Gmax單位為千帕(kPa)。對(duì)于無(wú)粘性土，如砂，按公式(31)能從測(cè)量對(duì)應(yīng)深度q,(z)的錐尖阻抗來粗略估算Gmax:Gmax(z)=1634q,(z)0.25σ'y(z)0.375 (31)才能保證預(yù)測(cè)正確。如果適用公式時(shí)可以明確區(qū)分粘性或無(wú)粘性土，上述兩個(gè)公式可給出合理的估算。但如果適用時(shí)無(wú)法明確區(qū)分或?yàn)榛旌贤馏w類型，可導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤的結(jié)果。然而估算動(dòng)態(tài)剪切模量或剪切波波速更可靠的過程來自CPT測(cè)探，正如在參考文獻(xiàn)[104]中做的闡述，這個(gè)過程將構(gòu)成相當(dāng)長(zhǎng)的工作流程，其中一些最初的操作是對(duì)土類型進(jìn)行分類。這比簡(jiǎn)單的公式更通用、可靠和普遍適用。6.4.3標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)巖土土質(zhì)在中等到硬粒狀的條件下，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)是迄今為止最久、最常用的原位巖土工程勘測(cè)方法。該方法是將貫入采樣器打入鉆孔的底部土體中。在每個(gè)間隔，通常貫入器被打入土體46cm,穿透最后30cm所需的打擊次數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N。該數(shù)值得到歸一化值Ns。,對(duì)實(shí)際的設(shè)備擊打效率和覆蓋層影響進(jìn)行修正。采樣器、驅(qū)動(dòng)裝置和擊打速率在一定程度上是標(biāo)準(zhǔn)化的，但也有很多地區(qū)或國(guó)家做了調(diào)整。SPTNso因此被認(rèn)為是一種相當(dāng)粗略的測(cè)量土體抗力的方法。該方法的詳細(xì)闡述見ISO22476和參考文獻(xiàn)[17]。然而如果沒有更好的資料，SPTN值可通過以下經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)大地動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行指示性預(yù)估。雖然20GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015Vs(z)=aN??(z) (32)N?0(z)———SPT測(cè)探中對(duì)深度z歸一化的錘擊計(jì)數(shù)；a典型值范圍為80～120;b接近1/3。參考文獻(xiàn)[33],[35],[100]和[101]中提出了一些特定土的系數(shù)。所得到的剪切波波速單位為米每秒(m/s)。Gma(z)=4.38N??(z)0.333。mean(z)0-5 (33)公式(33)中Gmx單位為兆帕(MPa),σman(z)是相應(yīng)的與深度相關(guān)的平均有效覆蓋層壓力，單位為千帕(kPa)。公式(33)來自參考文獻(xiàn)[20]和[34],但轉(zhuǎn)換為SI單位。對(duì)于粗粒土的預(yù)測(cè)是最可靠的，對(duì)細(xì)顆粒土的預(yù)測(cè)可靠性較差。為項(xiàng)目初期的篩選方法。如果篩選表明地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)可存在影響，采用6.5和6.6所述宜通過在變化范圍中對(duì)變量隨機(jī)取值并進(jìn)行敏感性研究，然后據(jù)此假設(shè)所確定參數(shù)的合理變化范圍來相比上述間接方法，在現(xiàn)場(chǎng)直接原位測(cè)量能獲得更可靠的大地動(dòng)態(tài)性能。這種直接測(cè)量方法利用球物理地震法。地測(cè)量大地剪切波波速參數(shù)最適用和性價(jià)比最好的方法。特別是對(duì)于軟土場(chǎng)地，地震CPT衍生的下孔特定條件下更合適。表1概述了所有提出的方法，并總結(jié)了其主要特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)物理方法適用性的更一般概述。程度上依賴于大地有效側(cè)限應(yīng)力。因此，這些參數(shù)僅適用于已被測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力情況。如果這些參數(shù)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1直接測(cè)量大地動(dòng)態(tài)參數(shù)——總結(jié)和評(píng)估最適合軌道系統(tǒng)地傳振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)方法和實(shí)驗(yàn)室方法方法主要特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用等級(jí)分層GmxMmxV0低應(yīng)變Ge/Gmax高應(yīng)變7現(xiàn)場(chǎng)方法面波法沿儀器給定的線性剖面測(cè)量表面波的散)。該頻散信息反過來給出各剖面S波波速與深度。30m～50m很適用，高效，常用。不需要任何鉆孔。傳感器放置在地面上。振源在地面。在任何地表工作。沿剖面給出平均屬性。靠近表面分辨率更高穿透性有限。低頻波源很難實(shí)現(xiàn)深穿透的要求。在較大深度處分辨率有限。不會(huì)或幾乎不會(huì)沿剖面取得大地特性的橫向變異性。橫向變異性會(huì)質(zhì)量2311100地震CPT(改進(jìn)的下孔法)測(cè)量S波從表面振錐尖一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器的行進(jìn)時(shí)間。連續(xù)穿透，測(cè)度。也用于P波。在軟土中穿透深度30m～60m。深度分辨率0.5m~常用，高精度和高分辨率，但略低于跨孔法。測(cè)量過程中易于快速穿透。提供來自同一組的普通CPT數(shù)據(jù)不能穿透硬地基和礫石、巖石。如果只有一個(gè)傳感器，則取決于可靠的觸發(fā)信號(hào)3322100下孔懸掛記錄器振源和拾振器都包含在測(cè)井工具中，兩者下降到填充有水(或鉆井液)的預(yù)鉆孔，測(cè)量S波和P波在振源和拾振器間沿著鉆孔的傳播時(shí)長(zhǎng)。S波需要夾緊固定。滲透深度不受實(shí)際鉆井深度的限制。深度分辨率0.5m～lm新技術(shù)。經(jīng)驗(yàn)有限。高精度和高分辨率，但略低于跨孔法。不需要多于一個(gè)預(yù)鉆孔?？梢杂涗浧渌麉?shù)取決于可靠的觸發(fā)信號(hào)。記錄工具和鉆孔相互作用可能會(huì)掩蓋測(cè)量223200022GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1(續(xù))方法主要特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用等級(jí)分層GmaMmaxVo低應(yīng)變G./Gmax高應(yīng)變7現(xiàn)場(chǎng)方法跨孔法從一個(gè)預(yù)鉆孔中的振源到周邊一個(gè)或多個(gè)平行孔中的接收器，測(cè)量的S波和P波的傳播時(shí)長(zhǎng)。穿透20m無(wú)偏差測(cè)量；實(shí)際鉆孔深度內(nèi)無(wú)偏差測(cè)量。深度分辨率0.5m～1m精確的波速測(cè)量和高分辨率。適用于土和巖石?？梢赃M(jìn)行層析測(cè)量需要兩個(gè)或多個(gè)鉆孔(和套管)。依賴平行孔。易受近場(chǎng)效應(yīng)影響。較大的剛度對(duì)比可能會(huì)由于誤差3333100實(shí)驗(yàn)室方法壓電彎曲元剪切波由壓電彎曲元產(chǎn)生，透射通過試樣并在另一端被另一個(gè)壓電彎曲元接收。波速由記錄的行進(jìn)時(shí)間和試樣高度確定。壓電彎曲元是產(chǎn)生和記錄S波的理想選擇，與中等硬度土的理想阻抗匹配。為了測(cè)量P波，還需要一組固體(非彎曲)壓電晶體，該評(píng)級(jí)在括號(hào)中給出在普通三軸和DSS測(cè)試裝置內(nèi)工作?？梢栽跍y(cè)試的任何階段進(jìn)行測(cè)量?？焖贉y(cè)試，可以重復(fù)做應(yīng)變水平低，無(wú)法控制03000共振柱將圓柱形試樣調(diào)諧為共振。從諧振頻率可以確定響應(yīng)波速和材料損耗因子應(yīng)變水平可以控制，從非常低到中等應(yīng)變?？梢栽诓煌h(huán)應(yīng)變(應(yīng)力水平)下進(jìn)行試驗(yàn)。線性彈性到非線性彈以在三軸試驗(yàn)期間的各個(gè)階段進(jìn)行測(cè)量最適用于軟土0300333GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表1(續(xù))方法主要特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用等級(jí)分層Vs或GmaxMmaV0低應(yīng)變Gec/Gmax高應(yīng)變7實(shí)驗(yàn)室方法循環(huán)三軸DSSDSS測(cè)試模式的三軸試樣暴露于循環(huán)(重復(fù))加載，并測(cè)量響應(yīng)。記錄完整的應(yīng)力一應(yīng)變環(huán)。正割模量和材料損耗因子可以確定可以測(cè)試高應(yīng)變(應(yīng)力)。涵蓋了非線性彈性和非線性區(qū)低頻測(cè)試。線性彈性范圍不可靠0111133注：等級(jí)：3極好，2合理，1臨界，0不適用。地震表面波測(cè)量是一種非侵入式的方法，用于映射局部大地原位動(dòng)態(tài)性能和覆蓋較大場(chǎng)地。由于于軌道系統(tǒng)引起的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)時(shí)的建議。面波法原理依賴于地震波的基本特性，特別是瑞利波，如5.4所述。這些波沿著表面?zhèn)鞑?，并且相關(guān)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)被限制在深入土體0.5倍～1倍波長(zhǎng)的地層中。所以具有短波長(zhǎng)的高頻波分量將“感測(cè)”大隨深度而變化。瑞利波波速與大地中剪切波(S波)波速密切相關(guān)。因此，表面波頻散主要反映了巖土材料S波波速如何隨深度而變化。所以表面波測(cè)量主要是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)巖土材料剪切波波速與深度。表面波測(cè)量包括三個(gè)基本步驟(見參考文獻(xiàn)[78]):a)規(guī)劃和設(shè)計(jì)表面波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，沿著要調(diào)查的剖面使用適當(dāng)?shù)恼裨春徒邮掌麝嚵?足夠的能量、c)在調(diào)諧的正演模擬或反演過程中，使用頻散數(shù)據(jù)(即相速度、群速度或慢度對(duì)于頻率或波長(zhǎng)的函數(shù)),推導(dǎo)出調(diào)查剖面內(nèi)地面剪切波波速和動(dòng)力特性與深度的函數(shù)關(guān)系。面波法各種實(shí)現(xiàn)方式不依賴于波的產(chǎn)生路徑，表2給出了傳感器如何沿剖面布置、所使用的傳感器24GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015的是1D剖面，有時(shí)也為2D剖面。這些實(shí)現(xiàn)方式也不同程度地推導(dǎo)出P波波速和隨深度的波衰減特表2面波法測(cè)量大地動(dòng)態(tài)性能——各種方法的總結(jié)和評(píng)估類型關(guān)鍵特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)A———多測(cè)點(diǎn)方式，多波段分析表面波(MASW)a2DFFT,f-k變換傅里葉變換數(shù)據(jù)從時(shí)間一距離域變換到頻率—波數(shù)域。根據(jù)頻率和角波數(shù)的比例確定頻散曲線和相位速度除了基本模態(tài)外，可以確定高階模態(tài)。方法具有高分辨率。如果使用較大數(shù)量的傳感器，則各分組傳感器可以確定沿著剖面的橫向變化需要大量同時(shí)采樣的測(cè)點(diǎn)，至少24個(gè)～48個(gè)，最好更多(最多256個(gè)),間距0.5m～1m。需要間隔一致的采樣時(shí)間和間距。由于間距上采樣數(shù)量不足容易導(dǎo)致空間混疊b相位慢度時(shí)間截距(r-p變換)共炮波場(chǎng)的傾斜疊加應(yīng)用于從時(shí)間一距離域到相位慢度時(shí)間截距(縮短時(shí)間t)域，隨后在縮短的時(shí)間軸上進(jìn)行傅里葉變換與A-a相同。不需要間隔一致的傳感器間距需要大量傳感器測(cè)點(diǎn)，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理c相移法數(shù)據(jù)傅里葉變換為頻率—距離域。根據(jù)每個(gè)頻率堆疊前的范圍應(yīng)用相移對(duì)數(shù)據(jù)處理不敏感。不需要間隔一致的傳感器間距需要大量傳感器測(cè)點(diǎn)，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理。分辨率敏感處理緩慢d頻率分解傾斜疊加沖擊數(shù)據(jù)擴(kuò)展到掃頻數(shù)據(jù)。針對(duì)每個(gè)頻率的速度范圍進(jìn)行傾斜疊加，以將數(shù)據(jù)重新映射到相位速度與頻率提高分辨率和模態(tài)分離。不需要間隔一致的傳感器間距需要大量傳感器測(cè)點(diǎn)，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理e高分辨率Radon變換時(shí)間一距離域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻率—距離域。每個(gè)頻率應(yīng)用高分辨率線性Radon變換不需要間隔一致的傳感器間距。在低頻和深度穿透兩方面提高分辨率需要大量傳感器測(cè)點(diǎn)，密集間隔。數(shù)據(jù)需處理B——有限測(cè)點(diǎn)方法a時(shí)一頻表示法多個(gè)過濾器分析應(yīng)用于選定的痕跡。應(yīng)用小波變換或Gabor變換。確定群速度與頻率在單個(gè)或幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)工作?？梢赃x擇橫向變異性有限的分辨率b表面波光譜分析將一組傳感器(2個(gè)或4個(gè))按從小到大的距離連續(xù)移動(dòng)布設(shè)，以共同的中點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)。相速度與頻率由到達(dá)不同測(cè)點(diǎn)之間的相位差確定需要少量測(cè)點(diǎn)，數(shù)量有限的傳感器和測(cè)量通道主要依靠成功的相位展開。獲取時(shí)間長(zhǎng)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015表2(續(xù))類型關(guān)鍵特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)C使用連續(xù)振源，每次按一個(gè)頻率。傳感器沿著地面移動(dòng)以定位節(jié)點(diǎn)，從而得到波長(zhǎng)與頻率?；蛘呤褂媒邮掌麝嚵?，并且從相位角對(duì)距離的斜率確定波長(zhǎng)具有較高的信噪比。對(duì)背景擾動(dòng)不敏感。需要很少傳感器和測(cè)量通道獲取時(shí)間長(zhǎng)。有限的穿透深度，除非使用重型振動(dòng)篩C—被動(dòng)面波法a被動(dòng)陣列法利用環(huán)境振動(dòng)。利用方向一致性分離波包不需要振源?？梢陨钊霛B透獲取時(shí)間長(zhǎng)。需要2D傳感器陣列。在近海比在陸地更有效如何產(chǎn)生足夠的全頻域波能量使之能整個(gè)覆蓋被要求調(diào)查的深度范圍是最大的挑戰(zhàn)。來自各種振源的波記錄數(shù)據(jù)需要組合起來構(gòu)建完整圖像。波形疊加應(yīng)仔細(xì)考慮，注意不同來源之間的相位差。為獲得深度穿透，在足夠低頻率下產(chǎn)生足夠的能量特別具有挑戰(zhàn)性。軟到中等硬度大地的實(shí)際最大可勘測(cè)深度約為30m～50m。檢波器。然而保證足夠的低頻響應(yīng)以覆蓋所要求的最大穿透，以及傳感器間相位匹配準(zhǔn)確(通過校準(zhǔn)檢直線等間隔0.5m～1m擺放至少48個(gè)～96個(gè)主要傳感器以覆蓋整個(gè)被調(diào)查的剖面。可通過使用較接收器不規(guī)則間距設(shè)置，或僅使用少量接收器。表面波頻譜分析(SASW)[82和表面波多通道分析(MASW)[78]都能及時(shí)地在相同數(shù)據(jù)集里運(yùn)行。注意設(shè)置儀器的剖面長(zhǎng)度宜至少等于所需的調(diào)查深度。盡管處理表面波數(shù)據(jù)有不同的方式(見表2),所有方法從本質(zhì)上依賴不同接收器之間的映射相位差。最直接獲得頻散曲線的數(shù)據(jù)處理方式，是從表面波數(shù)據(jù)集中通過二維傅里葉變換將時(shí)間記錄隨偏移距離的關(guān)系轉(zhuǎn)換成頻率隨波數(shù)的關(guān)系。這種方法需要沿地面等距離密集擺放傳感器以及按照“優(yōu)秀圖11給出一個(gè)典型的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)置、數(shù)據(jù)處理和反演的步驟，通過誤差指示器得到頻散曲線和最佳估計(jì)Vs曲線。26GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015處理處理00H?,Vsi0H?,Vs?H?,Vs?評(píng)估模型反演0圖11表面波測(cè)量設(shè)置和結(jié)果大多數(shù)反演方案都假設(shè)大地在儀器放置剖面的范圍內(nèi)是橫向均勻的，其結(jié)果表示在該長(zhǎng)度上的平均性能。然而，一些方案確實(shí)具有解決一些橫向變化的能力，但是精度近表面時(shí)具有高分辨率和高精度，然而隨深度加深(至勘測(cè)范圍的極限)分辨率和精度變差。因此，方案中報(bào)告參數(shù)空間、不確定度和分辨率非常重要。除了Vs曲線外，還能從表面波數(shù)據(jù)中通過耦合分析和反演來評(píng)估固有衰減(例如損耗因子),但使用較少。需補(bǔ)充說明的是，關(guān)于巖土工程現(xiàn)場(chǎng)勘察中分層和質(zhì)量密度等先驗(yàn)信息，很有助于提高表面波反演的可靠性。以下孔法測(cè)量、更好的S-CPT和幾個(gè)表面波勘測(cè)剖面的組合測(cè)量來覆蓋整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)通常是最佳策略。表面波測(cè)量也是一種更局部的測(cè)定碎石、壓實(shí)砂礫、碎填石動(dòng)態(tài)性能的有效方法。該方法特別適用于在壓實(shí)工作前后比較測(cè)量來記錄壓實(shí)效果。有關(guān)表面波數(shù)據(jù)采集、處理和反演的更多信息，見參考文獻(xiàn)[49]～[87]和[107]。6.5.3下孔(和上孔)測(cè)量——地震CPT(S-CPT)下孔測(cè)量?jī)H使用一個(gè)鉆孔進(jìn)行。振源通常放置在接近孔的地面上，地震傳感器被固定在孔壁上，如圖12a)所示。地震波到達(dá)時(shí)間記錄在與振源處觸發(fā)信號(hào)或在振源附近傳感器信號(hào)相關(guān)的傳感器中。通過將接收器向下(或向上)移動(dòng)一個(gè)深度間隔并重復(fù)測(cè)量到達(dá)時(shí)間，即可通過公式(34)計(jì)算在該深度間隔上巖土材料平均垂直波速V:式中：。,a+1—分別是傳感器位置n和n+1的深度值，單位米(m);采集到達(dá)時(shí)間的方法與跨孔法測(cè)量相同(見6.5.4)。典型測(cè)量深度間隔為0.5m～1m。通過將傳感器連續(xù)向下(或向上)逐步移動(dòng)并重復(fù)測(cè)量，建立巖土材料波速沿孔深的分布。下孔法測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化程序參考ISO22476和ASTMD7400。作為這種逐步間隔測(cè)量程序的替代方案，可在鉆孔中使用一系列相等間隔的傳感器，這樣能對(duì)來自同一振源的不同深度記錄的信號(hào)進(jìn)行更詳細(xì)和準(zhǔn)確的分析。S波測(cè)量使用地面上的水平作用振源和水平地震傳感器。最常見的是一種沖擊振源，其形式是將木板或棒子用靜荷載壓在地上，然后用錘子錘擊端部。通過撞擊另一端，產(chǎn)生具有相反極性的波。產(chǎn)生的波是垂直傳播和水平極化?；蛘呖墒褂眉ふ衿?。如果從振源到鉆孔的距離與測(cè)量深度相比不能忽GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015略，則需要對(duì)傾斜的波傳播路徑進(jìn)行修正。大地動(dòng)態(tài)性能中的各向異性能通過將振源和接收器的方向圍繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°并且重復(fù)測(cè)量進(jìn)行量化。P波能通過使用垂直振源和垂直傳感器進(jìn)行測(cè)量。下孔法適用于土和巖石中。在松散土中，鉆孔需要套管，優(yōu)選塑料管。在其他條件下，可能需要回填材料來確保套管和周圍土適當(dāng)?shù)鸟詈?。上孔法?duì)相同設(shè)備做了改變，其中振源被固定在鉆孔中，傳感器在地面上，如圖12b)所示。在此設(shè)備中，垂直運(yùn)行的振源產(chǎn)生P波。為了產(chǎn)生S波，像跨孔法中所描述的旋轉(zhuǎn)振源的方式是唯一選擇。單傳感器下孔或上孔測(cè)量精度不夠，因?yàn)槠湟蕾嚥灰欢ㄖ貜?fù)的觸發(fā)信號(hào)。用下孔和上孔法測(cè)量P波由于土體與鉆孔套管無(wú)意的交互作用而可能不可靠。a)下孔測(cè)試原理a)下孔測(cè)試原理d)上孔測(cè)試設(shè)備d)上孔測(cè)試設(shè)備2——接收器(用于下孔測(cè)量設(shè)置包括氣動(dòng)固定裝置);圖12下孔和上孔測(cè)試裝置GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015實(shí)際應(yīng)用中地震CPT裝置(S-CPT)最適用于下孔測(cè)量。在軟土中高效的下孔測(cè)量不需要預(yù)鉆孔，非常適合在軌道系統(tǒng)的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)中應(yīng)用。該裝置由傳統(tǒng)的CPT錐體組成，帶有安裝在摩擦套管尖端裝置內(nèi)的水平地震檢波器或加速度計(jì)形式的地震傳感器，如圖13所示。更多細(xì)節(jié)見況下跟蹤偏差，如6.5.4所述。測(cè)量遵循的間隔程序與常規(guī)下孔測(cè)量所述的完全相同，并且能在同一過程中與巖土CPT探測(cè)相結(jié)合。為在每個(gè)規(guī)定的深度間隔進(jìn)行地震測(cè)量，錐體穿透應(yīng)短暫暫停，通常每個(gè)深度間隔為0.5m～1m。S-CPT最適合于通常能獲得足夠穿透的軟土到中等硬度土。在較硬土中，下孔S-CPT測(cè)量需要具有高頻地震信號(hào)和足夠高的采樣頻率，以獲得尖銳清晰的到達(dá)時(shí)程并減少穿透深度，這在下孔法中比在跨孔法中更重要。實(shí)際上，下孔測(cè)量和S-CPT測(cè)量的穿透深度限制在土中30m～60m。S-CPT裝置使用一個(gè)或兩個(gè)(或更多)傳感器。在兩個(gè)或多個(gè)傳感器設(shè)備中，地震傳上孔和下孔測(cè)量也能通過降入預(yù)鉆孔中的測(cè)井工具進(jìn)行。測(cè)井工具在一定垂直間距處包含波源和接收器，如圖12d)所示。該技術(shù)采用碳?xì)浠衔餃y(cè)井方法。測(cè)井工具通常沿鉆孔測(cè)量P波和S波波速，還可包含測(cè)量質(zhì)量密度、含水量、電阻率等的傳感器。該工具的各種版本稱為“垂直地震記錄儀”GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:20155——錘；6——剪切波源；圖13地震CPT測(cè)試設(shè)備(地震圓錐貫入儀)傳統(tǒng)地震跨孔法測(cè)量使用兩個(gè)或更多鉆孔來測(cè)量孔間傳播波的大地動(dòng)態(tài)性能?？缈追y(cè)量最簡(jiǎn)單的形式是使用兩個(gè)平行垂直孔，一個(gè)用于脈沖地震能量源，一個(gè)用于地震接收器。通過將振源和接收器固定在每個(gè)孔中相同高度處，水平方向上的波速能根據(jù)孔之間的距離d,除以測(cè)得的從振源觸發(fā)信號(hào)到接收器之間通過時(shí)間△t(z)確定： (35)通過連續(xù)等高度間隔重復(fù)測(cè)量，能建立現(xiàn)場(chǎng)土體波速對(duì)深度的剖面圖。測(cè)量點(diǎn)的典型深度間隔為0.5m～lm。通過使用兩個(gè)以上的平行鉆孔可獲得更可靠和精確的測(cè)量值，見圖14a)。然后能根據(jù)相鄰孔到達(dá)GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015時(shí)間差來計(jì)算波傳播速度。這消除了觸發(fā)信號(hào)不確定性的誤差，也消除了振源和接收器與大地耦合可過目測(cè)在時(shí)域顯示中使用共同相位點(diǎn)來獲取到達(dá)時(shí)間，或通過使用互相關(guān)或交叉光譜(基于相位角)的方法來獲取。在ASTMD4428/D4428M中介紹了跨孔法測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化程序。需要預(yù)先鉆孔。由于確定的波速對(duì)鉆孔間距不確定性很敏感，所以對(duì)深度超過20m的典型孔可能需跨孔法能適用于P波和S波測(cè)量。對(duì)于純P波測(cè)量，可在鉆孔充水地點(diǎn)使用小型爆炸源和水聽器然而這可能會(huì)由于水平向傳播S波產(chǎn)生水平偏振而出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)振源。通過組合兩種振源，能測(cè)量巖土材料中的各向異性。使用極性反轉(zhuǎn)振源(如果是脈沖)有益于提取到達(dá)時(shí)間，如圖14b)實(shí)線和虛線所示。接收器可以是地震檢波器或加速度計(jì)，水平地沿徑向安裝用于P波測(cè)量，垂直徑向沿水平切線方向安裝用于S波測(cè)量。當(dāng)應(yīng)用連續(xù)貫入技術(shù)時(shí)，可使用SPT作為振源，并且可使用地震CPT裝置a)多孔設(shè)置b)時(shí)域案例說明：3——來自接收器R1的信號(hào)(高頻首次到達(dá)是P波信號(hào)，后來較低頻率到達(dá)是剪切波信號(hào));5--—來自接收器R3的信號(hào)；——向上方的激勵(lì)；向下方的激勵(lì)。圖14跨孔法測(cè)量跨孔法在50m～80m典型深度能給出可靠的S波結(jié)果。對(duì)于爆炸源P波測(cè)量(巖石中),可能要進(jìn)行更深地勘測(cè)。高頻振源信號(hào)和很高的采樣頻率是需要的，以避免近場(chǎng)效應(yīng)并使到達(dá)時(shí)程更加尖銳波速準(zhǔn)確可靠的方法。然而該方法確實(shí)依賴大地水平分層以及在鉆孔間距范圍內(nèi)橫向方向上性能基本GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015不變化的假設(shè)。該方法還能給出具有明顯水平速度反差的不穩(wěn)定的結(jié)果，因?yàn)樽钕鹊竭_(dá)的波可能不是然而該方法需要在周圍大地、鉆孔套管和傳感器之間進(jìn)行高質(zhì)量的地震耦合。由于不得不與鉆孔之間采用高頻振源以減少近場(chǎng)區(qū)域范圍。意振源位置的到達(dá)波被大量沿著鉆孔布置的接收器記錄。通過記錄來自所有傳感器的到達(dá)波和沿著振的2D映射。關(guān)于層析成像測(cè)量的更多信息見參考文獻(xiàn)[38]。常規(guī)的地震折射測(cè)量通常在軌道系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的巖土工程地質(zhì)勘察的初始階段進(jìn)行。然而在本部分因此這里不再贅述。該方法的說明能在ASTMD6429、參考文獻(xiàn)[18]和[20]中找到。然而傳統(tǒng)折射測(cè)量能提供有關(guān)土分層、地下水位和基巖位置的有用信息。該信息不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)建立動(dòng)態(tài)計(jì)算模型的幾何輸入是有用的，而且能為規(guī)劃大地動(dòng)態(tài)參數(shù)的特定測(cè)量和表面波測(cè)量反演提供支持。折射測(cè)量給出現(xiàn)場(chǎng)巖土材料的P波波速，該波速能在噪聲和振動(dòng)傳播研究中直接輸入。P波波速是不飽和土特別是巖石的重要?jiǎng)恿W(xué)特性。P波反射測(cè)量通常不用于陸上淺地層。其使用目的是碳?xì)浠衔锘虻V物勘探，目標(biāo)深度能從幾百米到幾千米。近來有前途的發(fā)展。與P波折射和表面波反演相比，由于S波比P波波長(zhǎng)更短，剪切波反射測(cè)量在地下成像、橫向變化和分層方面結(jié)果更優(yōu)異。過程基本遵循與常規(guī)P波反射測(cè)量相同的原理[87]。注意，表面波通常會(huì)干擾數(shù)據(jù)，除非在較柔軟地表上覆蓋較硬的界面(例如路振動(dòng)方向和橫向記錄方向),從而阻止樂甫表面波的傳播。在說明中需要修正應(yīng)力關(guān)系。這些原位方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠在較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)變下，在非線性彈性和非線性范圍內(nèi)測(cè)試材料。P94-110-2和參考文獻(xiàn)[17]),這在某些地區(qū)是常見的。最常見的裝置僅提供大地靜力參數(shù)，還有能確定大地的原位循環(huán)性質(zhì)的裝置。然而這些裝置設(shè)計(jì)用于在高應(yīng)變水平下測(cè)量大地性能，并不適用于來自軌道系統(tǒng)的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015巖土材料的動(dòng)態(tài)參數(shù)也可在實(shí)驗(yàn)室從現(xiàn)場(chǎng)取回的試樣上測(cè)量。與原位試驗(yàn)不同，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備提供更多可控條件。主要缺點(diǎn)是試樣的擾動(dòng)和非代表性。巖土材料中彈性剪切波波速和膨脹波波速可在實(shí)驗(yàn)室以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)室中這種測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是在各種限制應(yīng)力條件、水分和飽和條件以及壓實(shí)度下測(cè)試相同材料的能力，各向異性的測(cè)量也更容易。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠控制動(dòng)態(tài)載荷(循環(huán)應(yīng)變)和應(yīng)力，并對(duì)具有非線性彈性和純非線性行為的巖土材料進(jìn)行測(cè)量，而原位測(cè)試是不可能的。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量也能更可靠和可控地測(cè)量低應(yīng)變材料實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的主要缺點(diǎn)是測(cè)試試樣不一定代表現(xiàn)場(chǎng)原位條件下的巖土材料。這可能是由于在采樣和處理過程中獲取試樣的擾動(dòng)，或者簡(jiǎn)單地由一個(gè)或幾個(gè)微小的試樣可能不代表大量巖土材料整體性性彈性狀態(tài)下土的行為完全占主導(dǎo)地位。只有在路基的基床表層或軌道附近處，巖土材料才可能處于非線性彈性狀態(tài)。對(duì)于精心設(shè)計(jì)的軌道，材料不宜處于完全非線性狀態(tài)。因此宜重點(diǎn)關(guān)注低應(yīng)變動(dòng)態(tài)對(duì)取樣擾動(dòng)不太敏感。仔細(xì)的取樣能從粘性物質(zhì)例如粘土中取回勉強(qiáng)不受干擾的試樣。與原位條件相比，輕微的干擾將傾向于降低Gm和Vs。對(duì)于非粘性材料，用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的試樣通常需要從重塑材料中重構(gòu)。這些試樣的彈性特性可能偏離原位的數(shù)值。含有淤泥材料的重塑試樣結(jié)果可能特別偏離未受干擾的原位材實(shí)驗(yàn)室測(cè)量巖石材料通常在完整巖石塊中鉆芯取出的試樣上進(jìn)行。由于失去周圍連接的影響，該簡(jiǎn)單剪切(DSS)[27],也可測(cè)量土試樣的Gmax。試裝置的頂蓋和底座中，向試樣突出約5mm,如圖15所示。通過向發(fā)射器發(fā)送電脈沖，產(chǎn)生剪切波脈進(jìn)時(shí)間計(jì)算剪切波波速。傳播波的動(dòng)態(tài)剪應(yīng)變通常在遠(yuǎn)低于10-3%范圍內(nèi)，明顯在土材料的線性彈性范圍內(nèi)。因此從波速導(dǎo)出剪切模量可明確衡量Gmx。但是，如果不能足夠精確地控制傳輸和接收脈沖的應(yīng)變水平，測(cè)量將無(wú)法準(zhǔn)確量化材料損耗因子。壓電彎曲元讀數(shù)是完全無(wú)損的，并在幾分之一秒內(nèi)完成。由于這些元件適合用于普通巖土測(cè)試裝GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015置，可在試樣的固結(jié)和破壞試驗(yàn)任何階段重復(fù)讀取Vs。壓電彎曲元也可垂直安裝在試樣側(cè)面，以量化在各種應(yīng)力條件下巖土材料的彈性各向異性。巖心試樣的P波和S波波速可通過單軸或三軸試驗(yàn)裝置頂蓋和底座中的超聲波壓電陶瓷元件測(cè)情況下，但由于晶體與土之間非常大的阻抗對(duì)比，這種S波晶體不起作用。因此需要用壓電彎曲元來測(cè)量。圖15壓電彎曲元裝置6GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015d)壓電彎曲元裝置配置圖15(續(xù))測(cè)策略的補(bǔ)充。在共振柱試驗(yàn)中，土試樣動(dòng)態(tài)和循環(huán)剪切模量(與相應(yīng)的剪切波波速)以及材料損耗因子能在線性應(yīng)變的關(guān)系。在這種情況下，共振柱測(cè)試可用于分析列車速度接近或超過瑞利波波速時(shí)導(dǎo)致軌道和大地產(chǎn)生過大振動(dòng)和高應(yīng)變的情況。共振柱試驗(yàn)基本原理是將圓柱形土試樣調(diào)諧為扭轉(zhuǎn)共振。從共振頻率和試樣尺寸、質(zhì)量能反算動(dòng)態(tài)剪切模量。通過在共振頻率附近掃頻得到半功率帶寬，或者共振關(guān)閉激勵(lì)后扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減的對(duì)數(shù)衰大多數(shù)可用的共振柱裝置基于一種三軸單元，其中圓柱形試樣固定在底部基座處并密封在薄橡膠a)Stokoe裝置具有四個(gè)翼的星形板連接到試樣的頂部。該板安裝加速度計(jì)(以及鄰近探針)以監(jiān)測(cè)其扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且永磁體接到每個(gè)翼末端。磁體與固定在單元框架上的電線圈相適應(yīng)。AC電流通過線圈，產(chǎn)生振蕩力矩傳遞到試樣，頻率、旋轉(zhuǎn)振幅以及剪應(yīng)變能控制。在該裝置驅(qū)動(dòng)磁體和線圈，具有明顯的扭轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量。質(zhì)量慣性用來平衡轉(zhuǎn)移到試樣頂部的振蕩扭矩。振蕩頭能傳遞軸向載荷，因此試樣能被固結(jié)為各向異性，如果不是太強(qiáng)能加載到破壞。由于振蕩頭本身是一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，因此需要解釋測(cè)試所需的動(dòng)態(tài)模型。所以Hardin設(shè)備比Stokoe設(shè)備更為復(fù)雜。共振柱測(cè)試在ASTMD4015中有進(jìn)一步描述。大多數(shù)實(shí)心圓柱形試樣用于共振柱測(cè)試。由扭轉(zhuǎn)引起的剪應(yīng)變?cè)跈M截面上不是恒定的，外邊緣為最大值，中心線為零。因此，試驗(yàn)結(jié)果中通常取試樣0.8倍半徑處作為典型剪應(yīng)變(見ASTMD4015)。GB/T33521.32—2021/ISO/TS14837-32:2015在軌道系統(tǒng)的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)相關(guān)應(yīng)用中不是必須的。共振柱測(cè)試中剪應(yīng)變能很容易地達(dá)到10-?%,甚至下降到10-5%(Hardin裝置),因此可獲得極好的線性彈性狀態(tài)。更高應(yīng)變能輕易達(dá)到10-2%,特別是可在扭轉(zhuǎn)剪切模態(tài)下運(yùn)行的Stokoe裝置，對(duì)于較軟土甚至可能接近10-1%。因此可獲得整個(gè)非線性彈性狀態(tài)的完整覆蓋。對(duì)于超過10-2%的應(yīng)變，能達(dá)到真正非線性狀態(tài)。在這里土性能逐漸降低。這需要跟蹤所應(yīng)用的負(fù)載周期數(shù)。循環(huán)應(yīng)變使土材料進(jìn)入非線性，可退化性能對(duì)來自軌道系統(tǒng)的地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)通常置。這些裝置通常用于提供海浪載荷和地震荷載設(shè)計(jì)所需的土數(shù)據(jù)。試樣沒有發(fā)生任何共振振蕩。循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變直接施加于試樣上。由于這個(gè)原因，實(shí)際上對(duì)應(yīng)力或應(yīng)變能加多大沒有限制。限制在于如何以可控的方式施加小的應(yīng)變并準(zhǔn)確測(cè)量。伺服控制加載系統(tǒng)的最新發(fā)展和直接作用在試樣上的內(nèi)部變形測(cè)量已使限制逐漸減小。低至10-1%的可靠測(cè)試對(duì)現(xiàn)代專用設(shè)備而言毫無(wú)問題。通過特別微調(diào)的設(shè)備和仔細(xì)的測(cè)試，可以達(dá)到約2×10-2%甚至10-2%。以前共振柱測(cè)試可以覆蓋的循環(huán)應(yīng)變范圍的上限與循環(huán)試驗(yàn)覆蓋的應(yīng)變范圍的下限(三軸和直接簡(jiǎn)單剪切)之間有差距。由于最近改進(jìn)的高分辨率變形測(cè)量和更好的測(cè)試裝置，這個(gè)差距現(xiàn)在即將消失。關(guān)于土循環(huán)測(cè)試的更多細(xì)節(jié)見參考文獻(xiàn)[19]。循環(huán)測(cè)試裝置通常在典型海浪或地震頻率下工作，即在0.17大地參數(shù)確定策略在基礎(chǔ)設(shè)施或建筑開發(fā)項(xiàng)目中，處理地面誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)噪聲和地傳振動(dòng)問題所需的大地動(dòng)態(tài)性能的詳細(xì)和準(zhǔn)確程度需取決于項(xiàng)目開發(fā)的階段、項(xiàng)目規(guī)模以及振動(dòng)和噪聲的嚴(yán)酷度。用于參數(shù)估算的粗略篩選方法在規(guī)劃階段就足夠了，而在大型復(fù)雜項(xiàng)目的最終設(shè)計(jì)階段可能需要大量專項(xiàng)測(cè)量工作。動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量或確定方法的選擇應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。近淺埋隧道線路時(shí)。在軌道系統(tǒng)項(xiàng)目的規(guī)劃階段，可從場(chǎng)地地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)合大地指標(biāo)參數(shù)使用經(jīng)驗(yàn)來足夠準(zhǔn)確地估算巖土材料動(dòng)態(tài)性能。這些指標(biāo)參數(shù)將很容易從現(xiàn)場(chǎng)必要的一般