多道瞬態(tài)瑞雷面波在巖土工程地質(zhì)分層調(diào)查中應(yīng)用

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1、多道瞬態(tài)瑞雷面波在巖土工程地質(zhì)分層調(diào)查中應(yīng)用　　摘要：本文簡(jiǎn)要敘述了多道瞬態(tài)瑞雷面波勘探的基本原理和方法技術(shù)，以調(diào)查巖土介質(zhì)分層工程實(shí)例，對(duì)瑞雷面波資料進(jìn)行處理、分析、解釋，并結(jié)合工程勘察鉆孔予以標(biāo)定，鉆探與物探相結(jié)合取得了良好的應(yīng)用效果，為整個(gè)工程的設(shè)計(jì)和施工提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：瑞雷面波；多道；瞬態(tài)；頻散曲線中圖分類(lèi)號(hào)：K826.16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1.引言在工程地質(zhì)調(diào)查中，根據(jù)地層的巖性進(jìn)行地質(zhì)分層。由于工程勘察布置鉆孔網(wǎng)度的局限性，通過(guò)物探手段——多道瞬態(tài)瑞雷面波進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，研究地層分層情況，并結(jié)合鉆探資料綜合分析對(duì)比，獲得更好的地質(zhì)效果。多道瞬態(tài)瑞雷面

2、波對(duì)巖土介質(zhì)各層之間的界面劃分較為有效，且施工效率高、成本低、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損，在工程物探領(lǐng)域應(yīng)用空間廣闊。2.工作方法2.1瑞雷面波勘探的基本原理及特點(diǎn)7面波是一種特殊的地震波，它與地震勘探中常用的縱波（P波）和橫波（S波）不同，是一種地滾波。彈性波理論分析表明，在層狀介質(zhì)中，拉夫面波是由SH波與P波干涉而形成，而瑞雷面波（R波）是由SV波與P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介質(zhì)自由表面附近，其能量的衰減與r-1/2成正比，因此比體波（P、S波∝r-1）的衰減要慢得多。在傳播過(guò)程中，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)一橢圓極化，長(zhǎng)軸垂直于地面，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，傳播時(shí)以波前面約為一個(gè)

3、高度為λR（R波長(zhǎng)）的圓柱體向外擴(kuò)散。在各向均勻半無(wú)限空間彈性介質(zhì)表面上，當(dāng)一個(gè)圓形基礎(chǔ)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由它產(chǎn)生的彈性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）計(jì)算出來(lái)，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說(shuō)，R波的能量占全部激振能量的2/3。因此，利用R波勘探，其信噪比會(huì)大大提高。瑞雷面波具有地層分辨率高的特點(diǎn)，并可獲得地層物性參數(shù)。該方法用于巖土工程勘察，與以往彈性波勘察方法的差別在于，它應(yīng)用的不是縱波和橫波，而是通常被視為干擾的面波。其原理是，在分層介質(zhì)中，瑞雷面波具有頻散特性，其傳播的相速度隨頻率的改變而改變。這種頻散特性可以反映地下巖土介質(zhì)的特性。瑞

4、雷面波沿地層界面?zhèn)鞑ィ瑐鞑ド疃燃s為一個(gè)波長(zhǎng)，因此，同一波長(zhǎng)的瑞雷面波傳播特性反映該地質(zhì)條件下在水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)的瑞雷面波傳播特性反映不同深度的地質(zhì)條件。瑞雷面波的特點(diǎn)：7（1）在地震波形記錄中振幅和波組周期最大，頻率最小，能量最強(qiáng)；（2）在不均勻介質(zhì)中R波相速度（VR）具有頻散特性，是面波勘探的理論基礎(chǔ)；介質(zhì)特性發(fā)生明顯變化時(shí)，頻散曲線會(huì)隨之改變，呈現(xiàn)“之”字型拐曲、頻散點(diǎn)缺失等；（3）由P波初至到R波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關(guān)性，其關(guān)系式為：VR=VS•（0.87+1.12μ）/（1+μ），式中：μ為泊松比。此關(guān)系奠

5、定了R波在測(cè)定巖土體物理力學(xué)參數(shù)中的應(yīng)用；（4）R波在多道接收中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸；（5）質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為逆轉(zhuǎn)橢圓，且在垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；（6）R波沿地層界面?zhèn)鞑?，且能量主要集中在距地層界面一個(gè)波長(zhǎng)（λR）尺度范圍內(nèi)。依據(jù)上述特性，通過(guò)測(cè)定不同頻率的瑞雷面波相速度VR，即可了解地下介質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)并計(jì)算相應(yīng)地層的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，達(dá)到巖土工程勘察之目的。2.2野外工作方法某城市軌道交通建設(shè)，應(yīng)用多道瞬態(tài)瑞雷面波進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，配合鉆探對(duì)地層的巖性進(jìn)行分層調(diào)查。地表標(biāo)高+25～+32m，地下水位線深度2～4m，地質(zhì)任務(wù)為了解地表以下40m范圍內(nèi)，地層巖性分層情況。其地

6、層主要為人工填筑土、粘土、泥質(zhì)砂巖、砂巖。7采用多道瞬態(tài)瑞雷面波進(jìn)行觀測(cè)，利于面波的對(duì)比和分析。當(dāng)錘子或落重在地表產(chǎn)生瞬態(tài)激振力時(shí)，可以形成寬頻帶的R波，不同頻率的R波相互疊加，以脈沖信號(hào)的形式向外傳播。當(dāng)多道低頻檢波器接收到脈沖信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理、頻譜分析后，將各個(gè)頻率的R波分離出來(lái)，并求得相應(yīng)的相速度VR值，進(jìn)而繪制面波頻散曲線。多道瞬態(tài)瑞雷面波數(shù)據(jù)采集還應(yīng)考慮勘探深度和場(chǎng)地條件的影響。一般而言，當(dāng)探測(cè)較淺部地層介質(zhì)特性時(shí)，易采用小道間距、小錘作震源，以產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻信號(hào)，即可獲得較好的結(jié)果；當(dāng)探測(cè)較深部地層介質(zhì)特性時(shí)，易采用較大道間距、重錘作震源，以產(chǎn)生較低頻率的

7、信號(hào)，使其能反映地下更深處介質(zhì)的信息。多道檢波器數(shù)據(jù)經(jīng)處理、譜分析，得到頻散曲線，一般視為接收段中點(diǎn)的解釋結(jié)果。實(shí)際上該曲線所反映的地層特性為接收段內(nèi)地層性質(zhì)的平均值，故當(dāng)探測(cè)場(chǎng)地地下介質(zhì)水平方向變化較大時(shí)，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結(jié)果更貼近客觀實(shí)際。2.2.1作業(yè)依據(jù)及規(guī)范（1）《淺層地震勘查技術(shù)規(guī)范》（2）《多道瞬態(tài)面波勘察技術(shù)規(guī)程》2.2.2測(cè)線布置7野外觀測(cè)采用線性觀測(cè)系統(tǒng)，即激振點(diǎn)和檢波器布置在同一條直線上，以觀測(cè)點(diǎn)為中心對(duì)稱布置，采用多道檢波器接收的工作方式。圖1采