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北极星电力网技术频道 作者:未知 2010/9/30 10:15:46
1前言
核岛是核电厂最重要的建筑物，对地基的稳定性及强度有非常严格的要求，勘测必须合理确定地基承载力、弹性模量、阻尼系数等参数，以计算自重作用下地基的长期变形及稳定性、周期性动力荷载及地震条件下的动力响应、地基—上部支撑系统的反应谱，以确保核岛在任何不利情况下的绝对安全。因此，核址动态参数是核电设计进行地震反应分析和动力反应分析的重要参数。HAF0100及其相关导则中明确规定，要求采用跨孔波速试验提供地基的弹性波速度及相关动态参数。国标《核电厂抗震设计规范》(GB50267-97)要求进行核电设计时必须具备地基的弹性波速度及动弹性模量等参数。核岛直径约40m，设计要求了解3倍直径以内即120m内岩体的动态参数。我国虽自80年代以来已经较广泛地开展跨孔法等波速测试，但由于诸多因素，依目前的技术水平绝大多数单位仍不能成功地完成核岛要求的100m以上深度的跨孔试验。
2跨孔试验测试技术
跨孔法是由美国土动力学专家Woods等1972年提出的。它既能用来测定P波，也可用来测定S波，适合于任何地层。试验时，若孔距和测点位置选择恰当，该法可测定低速软弱夹层的波速。跨孔法所具有的优点使它一经提出就受人们的重视，现在已作为一种比较完备的勘测方法在大中型工程中广泛应用。
2.1跨孔法仪器设备
跨孔试验仪器设备包括振源、检波器、触发器、放大器和记录仪等。
2.1.1振源
迄今为止，跨孔波速试验的振源可以归纳为：电火花、爆破、机械敲击和电动横波振源。跨孔试验的主要测试对象是地层所传播的剪切波，因此要求振源产生的S波与P波能量之比尽可能高。为了突出S波份量，跨孔试验大多采用机械振源。井下剪切波锤是一种常见的振源，以美国Bison公司为代表，能重复激振，双向冲击，在配有高倍放大器或信号增强型地震仪的情况下，利用这种振源，波在岩石中的水平传播距离可达100m以上。
2.1.2检波器
在跨孔试验中，一般采用三分量检波器接收地震波，其中竖向分量主要用来识别SV波，径向分量用来识别P波，用切向分量来识别可能存在的SH波，同时三分量波形记录还可进行相互校核资料分析结果的可靠程度。三分量检波器是由三只传感器按相互垂直的方向固定并密封在一个无磁性圆筒内制成的。在选用检波器时，除外形尺寸适宜外，应使三分量检波器的自振频率约为所测地震波的20%～25%。跨孔试验中，机械振源在土层中产生的P波主频率约为100～300Hz，S波主频率约50～150Hz，主频率低于30Hz的情况比较少，因为孔距不大时，高频部分一般不会被岩土介质吸收掉。岩石中产生P波、S波频率要高于土层中，选用自振频率较高的检波器的优点在于对方向性不太敏感，即使埋置倾斜，也能有效地进行波动测试。目前国内批量生产的三分量检波器有两种：一种检波器的自振频率为27Hz，频响可达几百赫兹，其外壳直径为76mm,当气囊充气后外径可达135mm；另一种检波器的自振频率为8Hz,频响可达到几百赫兹，外径直径50mm，气囊充气后直径可达100mm。岩石中波速试验P波频率达1700Hz，此类地震检波器不适用，必须采用频带更宽、更高的检波器，如水诊器。检波器在孔中的固定主要采用气囊，也有用弹簧片来做固定装置的。试验结果表明，检波器固定方式的不同对波的初至时间几乎没有影响，但对波形的影响还是较为显著的。
2.1.3放大器和记录仪
跨孔试验检波器的输出必须经过放大器放大后，才能在记录仪中记录和显示出来。放大器应采用有带通滤波功能的多通道放大器，其振幅一致性偏差应小于3%，相位一致性偏差应小于0.1ms，电压增益应大于80dB。采集和记录装置应采用六通道以上数字采集和存储系统，其模/数转换器位数不宜小于12位，电压增益不宜小于60dB。国标中要求波形的分辨率应高于1ms，作为核址动态参数试验分辨率应高于05ms。
2.1.4触发器
目前安放在井下剪切波锤以及其它机械振源上的触发器，一般由压电晶体或电子电路构成。当振源冲击时，触发器产生瞬态脉冲电压，触发记录仪进行扫描。这类触发器的升压时间延迟约为40μs，一般满足跨孔精度要求。
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