瞬態(tài)面波法摘要

1、摘要】瞬態(tài)面波法是一種新興巖土原位測試勘探方法，對地層具有薄層分辨能力、定量分析 評價能力和通過圖象再現(xiàn)地下地層與構造的能力。在工程建設項目的勘察設計中發(fā)揮越來越 大的作用。【關鍵詞】瞬態(tài)面波瑞雷面波頻散曲線勘察應用與折射波、反射波相比瞬態(tài)面波法是一種新興巖原位測試勘探方法，利用實測瑞雷面波頻散 曲線，通過定量解釋，可以得到各地質層彈性波的傳播速度，傳播速度的大小，直接反映了 地層的“軟”、“硬”程度。因此，可以對第四系地層進行劃分，確定地基的持力層、土石界面 基巖面的起伏變化。瞬態(tài)面波勘察技術對地層具有的薄層分辨能力、定量分析評價能力和通 過圖象再現(xiàn)地下地層與構造的能力。一、瞬態(tài)面波概要試驗

2、表明，瑞雷面波某一波長的波速主要與深度小于該波長一半的地層物性有關，這就是用 一定波長的瑞雷面波波速來表征一定深度地層物性的實驗基礎。瞬態(tài)面波法是通過錘擊、落 重及炸藥震源，產生一定頻率范圍的瑞雷面波。再通過振幅譜分析和相位譜分析，把記錄中 不同頻率的瑞雷面波分離開來，從而得到一條VR-f曲線或VR-入R曲線。解釋方法多采用半波長法，但進一步發(fā)現(xiàn)，半波長法解釋方法有時不夠精確，實際應用中需 作修正或改進。推斷層厚度的方法目前有一次導數(shù)極值點法和拐點法；計算層速度的方法有 漸進線法、VR/入RH極值法和近似計算法幾層厚度、層速度的綜合解釋法等。通過正反演 計算，進行人機聯(lián)作速度分層，也是日趨常用

3、的處理解釋方法。瞬態(tài)面波處理系統(tǒng)的主要功能模塊及處理流程圖見圖1。二、工程應用實例1、工程勘察 圖2是蘭州-臨洮高速公路對臨洮縣城特大橋采用錘擊震源和瞬態(tài)面波法取得的工作成果。 此圖為波速實測曲線和人機聯(lián)作地層分層的解釋成果，與鉆孔驗證二者對應良好。節(jié)約了三 分之二的鉆探工作量。圖3是山丹-臨澤高速公路對黑河大橋采用錘擊震源和瞬態(tài)面波法取得的工作成果。此圖為 波速實測曲線和人機聯(lián)作地層分層的解釋成果，與鉆孔驗證二者對應良好。在地層分層的解 釋成果圖中地層分為大的三層，剪切波速由100m/s變化至500m/s，反映了由地表松散的砂 卵石至深部中密-密實的砂卵石的地層變化。2、探測地下采空區(qū)、防空

4、洞圖4是劉寨柯-白銀高速公路對王家山小煤窯采空區(qū)采用炸藥震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法取 得工作成果。波速實測曲線在35-40米左右發(fā)生了強烈的頻散，層序凌亂。相對橫波速度出 現(xiàn)負值和較厚的相對低速層，從而判斷頻散曲線出現(xiàn)相對橫波速度負值和較厚的相對低速層 為小煤窯開采形成空洞及以后周圍土層松動、塌落形成而相對橫波速度負值和較厚的相對低 速層。在連續(xù)彩色剖面中可直觀的反映，從而可圈定出小煤窯的采空區(qū)、采空區(qū)松動圈、采 空區(qū)影響區(qū)。為設計和線路方案的比選提供重要依據。圖5是蘭州-海石灣高速公路對防空洞采用炸藥震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法取得的工作成 果。第一、第二號面波點的頻散曲線出現(xiàn)一層較厚的相對低速層

5、，而其它三個面波點的頻散 曲線沒出現(xiàn)相對低速層，層序較好，從而判斷第一、第二號面波點的頻散曲線出現(xiàn)相對低速 層為防空洞開挖及以后廢棄周圍土層塌落、充填防空洞形成相對低速層。在連續(xù)彩色剖面中 可直觀的反映，從而可圈定出防空洞的影響區(qū)，。為設計提供參考依據。3、軟弱層分布及埋深 圖6是蘭州-海石灣高速公路對擬建路基采用炸藥震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法取得的工作成 果。VS （橫波速度）98m/s140m/s，巖性為軟土。在連續(xù)彩色剖面中可直觀的反映出軟土 層呈透鏡體狀分布在亞粘土、砂土層中。4、確定土石界面圖7是蘭州-海石灣高速公路對深路塹采用炸藥震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法取得的工作成 果。在連續(xù)彩色剖

6、面中可直觀的反映出基巖面及基巖起伏變化，為設計提供較為準確的土石 界面。5、探測滑坡體的滑動面圖8是蘭州-臨洮高速公路對灣溝深路塹采用炸藥震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法取得的工作成 果。K15+340+400此段，在VS （橫波速度）大于480m/s的地層中，存在一層很薄且逐 漸尖滅的低速層，推斷為基巖內的滑動面?；瑒用娴纳疃仍?0.50米12.50米。在連續(xù)彩 色剖面中可直觀的反映出滑動面、基巖面及基巖起伏變化，為設計提供較為準確的不良地質 體情況和土石界面。圖9是蘭州-劉家峽二級公路K34+740K35+040段，采用錘擊震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法 取得的工作成果。在VS （橫波速度）100m/s

7、340 m/s的地層中，存在一層很薄的低速層， 此低速層在黃土與基巖面分界處。推斷為基巖面的滑動?；瑒用娴纳疃仍?.20米17.00米。 在連續(xù)彩色剖面中可直觀的反映出滑動面、基巖面及基巖起伏變化，為設計提供較為準確的 不良地質體情況和土石界面。6、檢測強夯地基有效加固圖10是柳溝河-忠和高速公路K3+274-+284強夯地基采用錘擊震源和瞬態(tài)面波連續(xù)剖面法取得的工作成果。在連續(xù)彩色剖面中可直觀的反映出強夯地基軟”、“硬”變化及確定強夯地基 有效加固深度在4.40-4.50米之間。為監(jiān)理、施工提供較為準確的檢測。瞬態(tài)面波勘察技術在甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院的運用已取得很好的勘測效果和經濟效益。該

8、技術在工程建筑地基勘察、機場、鐵路、公路路基勘察、大中橋基礎勘察、大壩和路 基碾壓檢測、砼質量檢測、樁基檢測、地下管道和空洞探察、災害地質體調查等方面都可取 得良好的使用效果。相信在今后將會得到更廣泛的應用。1）多道瞬態(tài)瑞雷面波法和地震折射波法進行探測。該探測方法基本原理簡述如下：瑞雷波勘探是基于瑞雷波的如下特性的一種勘探方法，A在分層介質中，瑞雷波具有頻散特性；B瑞雷波的波長不同，穿透深度也不同，不同波長的瑞雷波反映不同深度的介質情況；C瑞雷波傳播速度與剪切波速具有密切相關性；根據彈性波在半無限空間的傳播規(guī)律，設計最佳面波接受窗口，提取頻散曲線后反演出地層層速 度，利用地層層速度和頻散曲線拐

9、點判斷地層分布情況。地震折射波法是利用地震波由上部低波速介質向下部高波速介質中傳播過程中，當入射角達到臨 界角時，波沿高波速介質表面滑行產生滑行波，從而形成折射波往地面方向傳播，來勘查目的層 埋深、產狀及其界面速度的一種地震勘探方法，它具有工效高，能判定目的層巖性等優(yōu)點。2）高密度電阻率映象法探測。該基本原理簡述如下：巖石（土）具有非常復雜的結構與組份，在勘探中，為了方便可以一級近似地把巖石模型看成是 由兩相介質構成的，即礦物骨架（固相）和水（液相）。因此不同組份的巖石（土）會有不同的 電阻率，即使組份相同的巖石，也會由于結構和含水情況的不同而使電阻率在很大的范圍內變化。地質解釋的第一步即電阻

10、率剖面中巖性與電阻率之間關系分析，依據電阻率值的等級劃分不同電 性層。分析不同電性層與地質層位、構造破碎、裂隙等之間的關系。在上述分析解釋的基礎上確 定不同剖面的不同部位電性變化與地質層位、構造發(fā)育、地下水活動用電性剖面圖展示最終的工 作成果。3）地質雷達探測。該基本原理簡述如下：地質雷達（GPR）是利用超高頻短脈沖（11000 MHZ）電磁波探測地下介質分布的一種高精度 的物探方法。發(fā)射天線將高頻電磁波以寬頻短脈沖的形式發(fā)射到地下，電磁波在地下介質中傳播 時，會因介質電性的不同發(fā)生不同程度的衰減，遇到不同介電性質的分界面時會發(fā)生反射，反射 信號為接收天線接收，經數(shù)字信號處理即可得到反映地下介質的電性分布的雷達圖像?？山Y合具 體地質情況加以分析驗證，從而探明地層分層及破碎帶構造變化，為地質分層，尋找地層破碎帶， 構造起伏提供依據。4）聲波測井。該基本原理簡述如下：土層動力學參數(shù)測試技術分為剪切波速測試和地脈動測試，本次工程將主要介紹前者提供的地層 波速和動剪、動彈模。剪切波速測試技術（主要在鉆孔中進行）又分單孔法和跨孔法。目前我國 常用單孔法技術成熟，單孔法測試它是彈性波測試方法之一，其理論基礎建立在固體介質中彈性 波的傳播特性上，采用頻率主要為1K30KHZ和50K1000KHZ兩個頻段。該方法