在建筑工程和地质勘察领域，我们常常需要了解场地的土层结构和动力特性，而剪切波检测技术就像给大地做“CT扫描”，能够精准揭示地层的秘密。

一、剪切波检测基本原理 

剪切波（S波）是弹性波的一种，其质点振动方向与波的传播方向垂直，在岩土介质中传播时只引起剪切变形，不产生体积变化。

要测量出地下不同土层的剪切波波速，就必须有一种可靠的现场测量方法，这就是单孔法。剪切波测试单孔法是解析多层非匀质地基的关键技术，其主要用途包括：探明地基土层空间分布、获取与波速有关的岩土动力学参数、计算土层的动剪模量剪切模量、识别地基软弱地层、为场地类别划分提供依据，以及为地震反应计算提供基础数据。

二、波速计算 

（一）波速反映土性

不同密实度、不同性质的土层具有不同的剪切波速。一般来说，土层越密实、越坚硬，波速越高；反之，土层越松散、越软弱，波速越低。

（二）波速计算

当激发点距孔口距离x较大，测试深度又较浅时，计算波速时，则应进行斜距校正。

式中：

t-波沿斜距传播的时间        

k-斜距矫正系数        

h-孔中检波器距孔口地面的距离        

x-激发点距孔口的距离

把时间进行斜距校正后，就可以计算当前深度点的波速：

其中Δh是相邻两测点的距离； 

t1´与t2´是首波到达不同测点斜距校正后的时间。

（三）等效剪切波速计算

Vse 土层等效剪切波速（m/s）；

d0 计算深度（m），取覆盖层厚度和20m 二者的较小值；

t 剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；

di 计算深度范围内第i 土层的厚度（m）；

Vsi 计算深度范围内第i 土层的剪切波速（m/s）；

n 计算深度范围内土层的分层数。

三、技术应用价值 

主要应用包括：

• 场地土层类别评价
• 地震小区划分
• 场地液化判断
• 估算建筑场地的卓越周期
• 场地土层动弹性模量计算
• 为项目的基础设计、抗震设计提供依据

1. 测前准备   

检测前要检查好剪切波波速仪是否正常、设备是否齐全。最主要的是准备好激振板、大锤、重物。

2. 振源 

单孔法波速测试采用的振源很多，如：爆破、气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。但在一般的场地剪切波速测试中最常用的是敲击板激振源。

3. 激振板设置   

将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.4—0.5米，厚约0.1米）受锤击的两头包上铁板，放在平整的地面上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触，然后敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动。

4. 仪器测试   

 

开机试测，敲击木板，观察仪器上的三道波形，判断波形是否符合要求：波形清晰、光滑，能看到起始点，无或有少量杂波。

5. 耦合质量 

木板与表土层耦合的好坏直接关系波形采集的好坏。现场可在选定放木板的地方撒一层砂子，放上木板来回磨动，然后拿开木板，耦合好坏一目了然，在有空缺处再撒砂子，反复数次可达最佳效果。

6. 重物加压    

可将汽车直接压在木板上，也可用重物（重量为500Kg左右），应保证锤击时没有大的位移，另外重物应尽可能在木板上均匀分配。

7. 敲击技巧   

测剪切波时，锤击力要尽量保持水平锤击要干净利索，避免二次或多次击打。每一米要测两次，即敲击木板的左右两端，分别保存。

8. 探头操作 

放下或提升换能器到一个新深度应保留十几秒钟后再测，这样可避免泥浆扰动干扰。

9. 钻孔情况    

钻孔附近地面应尽可能平整，钻孔时应尽量减少孔壁土扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应下套管护壁（PVC管），套管与孔壁间应用灌浆和填砂法处理。

10. 振源位置   

用敲板法做振源时，在距孔口1-3m处放置木板应与地面贴紧，上压500kg左右的重物以防木板的滑移，也可以用汽车轮子压上去，木板的中垂线应通过孔口，当板中心的高程与孔口相差较大时，应量测并记录下来。

11. 剪切波震相确认  

现场采集的波形一般由三部分组成：第一部分是从零时开始至直达波能量的到达，其信号除受外部干扰出现毛刺外，基本是一条接近于直线的平稳段；第二部分从波的第一个初至起到第二个初至止，此段属于P波段，振幅小，频率高；第三部分是以S波为主的部分，振幅大，频率低。

四、数据分析与判定 

打开数据文件，对每一个深度的测点分别进行首波判读，判读时，蓝线和红线正交的地方判为首波，可查看当前的波速，依次判读完整个测孔的数据。

判读完后可以查看数据表，查看每一个测点的等效剪切波速。

首波判读完毕后，可以对土层进行分层，添加土层参数，包括土层厚度、土层名称以及土层描述。软件会自动计算出每一层的等效剪切波速，也可右键点击计算土层波速。

最后输出波数和土层分类直方图。

符合规范：剪切波测试符合《建筑抗震设计规范GB50011-2001》、《岩土工程勘察规范GB50021-2001》、《地基动力特性测试规范GB/T50269-97》等国家标准，确保测试结果的权威性和可靠性。

五、案例分析 

（一）成都某地区房建项目

需确定场地土类别，地质情况略。

采集完数据后进行首波判读以及地层输入：该场地等效剪切波波速为293m/s，按照规范该场地土为中硬土，覆盖层厚度20m，由此判断该场地类别为Ⅱ类。

（二）昆明某地区沿途工程勘察项目

地质情况略。

数据判读：等效剪切波波速为303m/s，按照规范该场地土为中硬土，该场地基岩埋深超过30m，由此判断该场地类别为Ⅱ类。

六、技术优势与发展前景 

剪切波检测技术以其理论完善、方法可靠、结果直观的特点，在岩土工程勘察中发挥着不可替代的作用。

YL-SWT剪切波波速测试仪具有向导式操作流程设计，检测步骤更优化，操作更简单，检测更高效，其低功耗技术平台加上内置高性能复充锂电池，可满足超长时间地脉动测试。

从重大工程选址到城市防灾减灾，从地基处理效果检验到地质灾害评估，剪切波检测技术正以其独特的“透视”能力，为工程建设保驾护航，为城市安全增添一道坚实的技术屏障。

当我们了解了大地的“脾气”，就能更好地与之和谐共处——这或许就是剪切波检测技术带给我们的最深启示。