工程與環(huán)境-思考題

引言什么是工程與環(huán)境地球物理？答：工程與環(huán)境地球物理，是應(yīng)用地球物理的一個(gè)重要分支，是利用介質(zhì)的物性差異來實(shí)現(xiàn)對(duì)工程與環(huán)境領(lǐng)域，目標(biāo)體的探測(cè)、檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。根據(jù)場(chǎng)的不同，應(yīng)用地球物理分為哪幾類？答：根據(jù)所研究的地球物理場(chǎng)的不同，通常課分為以下幾類：①以地下介質(zhì)的密度差異為基礎(chǔ)，研究重力場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為重力勘探。②以地下介質(zhì)的磁性差異為基礎(chǔ)，研究地磁場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為磁法勘探。③以地下介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，研究天然或人工電場(chǎng)或電磁場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為電法勘探。④以地下介質(zhì)的放射性差異為基礎(chǔ)，研究輻射場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為放射性勘探。⑤以地下介質(zhì)的導(dǎo)熱性和地下熱能分布為基礎(chǔ)，研究地溫場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為地?zé)釡y(cè)量法。工程與環(huán)境地球物理可解決哪些問題？（建滑環(huán)考水電，彈斷大覆灌）答：工程與環(huán)境地球物理可以解決一下問題：（1）建筑物及地基的常時(shí)微動(dòng)觀測(cè)；（2）滑坡、陷落住、洞穴等的探測(cè)以及各類路基、水壩等的病害探測(cè)；（3）環(huán)境污染的探測(cè)與監(jiān)測(cè)及相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)；（4）考古探測(cè)及文物的保護(hù)與評(píng)價(jià)；（5）地下水資源的勘查與評(píng)價(jià)；（6）地下電纜、管道分布的探測(cè)及檢查其相關(guān)腐蝕、滲漏等情況；（7）巖石彈性參數(shù)的測(cè)定及巖體的波速分類和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；（8）斷層、裂隙破碎帶及地下溶洞等地質(zhì)體空間分布的探測(cè)；（9）大型建筑地基場(chǎng)地巖土分層和評(píng)價(jià)；（10）覆蓋層、風(fēng)化帶的厚度及基巖面起伏形態(tài)的測(cè)定；（11）灌漿質(zhì)量和混凝土工程質(zhì)量的檢測(cè)評(píng)價(jià)與工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)。工程與環(huán)境地球物理有哪些特點(diǎn)？答：①應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，探測(cè)目標(biāo)越來越多②方法技術(shù)不斷發(fā)展，探測(cè)質(zhì)量不斷提高③方法要求具有靈活性和抗干擾性④探測(cè)質(zhì)量要求高⑤探測(cè)分辨率要求高⑥實(shí)時(shí)探測(cè)和信息多樣化理解不同地球物理方法在解決工程與環(huán)境問題時(shí)的適用性。（見書P5表1-1）工程與環(huán)境地球物理的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？答：①科學(xué)化的發(fā)展趨勢(shì)；②國際化、集團(tuán)化的發(fā)展趨勢(shì)；③要求探測(cè)精度逐步提高，對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行更新或提出新方法以滿足實(shí)際；④認(rèn)為其簡(jiǎn)單、深度淺、容易取得較好效果的傳統(tǒng)思維逐步改變。測(cè)震類方法1、什么是縱波、橫波？縱橫波的速度和哪些因素有關(guān)？答：縱波：由脹縮力作用，使彈性介質(zhì)發(fā)生體積形變而引起的振動(dòng)稱為縱波，又稱P波。其速度與體積模量K，剪切模量μ和波傳播的介質(zhì)的密度p有關(guān)。橫波：由旋轉(zhuǎn)力作用，是彈性介質(zhì)發(fā)生形狀形變而引起的振動(dòng)稱為橫波，又稱S波或者切變波。其速度與剪切模量μ和波傳播的介質(zhì)的密度p有關(guān)。面波有哪些類型？（斯通利波在地表觀測(cè)不到）答：面波有兩類，一類是瑞雷面波，一類是勒夫面波。瑞雷面波：是一種沿大氣與介質(zhì)接觸的自由表面?zhèn)鞑サ拿娌ā＠辗蛎娌ǎ菏且环N沿兩種彈性介質(zhì)之間傳播的面波。什么是波前、波后？答：如圖所示：設(shè)已知某一時(shí)刻t0波源開始振動(dòng)，一段時(shí)間之后的某一時(shí)刻t0’波源停止振動(dòng)，又過一段時(shí)間之后的某一時(shí)刻t1波傳播了一段距離。此時(shí)介質(zhì)被分成三個(gè)區(qū)域。波前：V1和V2的分界面S上，各質(zhì)點(diǎn)剛剛開始振動(dòng)，這一曲面就叫“波在t1時(shí)刻的波前”。波后：V0和V1的分界面S’上，各質(zhì)點(diǎn)剛剛停止振動(dòng)，這一曲面就叫“波在t1時(shí)刻的波后”。什么是惠更斯原理？費(fèi)爾原理？斯奈爾（Snell）定律？答：①惠更斯原理：在彈性介質(zhì)中，可以把已知t時(shí)刻同一波前面上各點(diǎn)看作是從該時(shí)刻產(chǎn)生子波的新點(diǎn)震源。再經(jīng)過Δt時(shí)間后，這些子波的包絡(luò)面就是原波在t+Δt時(shí)刻的新波前。②費(fèi)爾原理：地震波沿射線傳播的旅行時(shí)和沿其他任何路徑傳播的旅行時(shí)相比最小。既波是沿旅行時(shí)最小的路徑傳播的。③斯奈爾定律：如圖所示，地震波在分層介質(zhì)中傳播時(shí)遵循如下式子：其中P是射線參量。此式子表示的是入射、反射、投射之間的關(guān)系，其就是斯奈爾定律。5、常見介質(zhì)的速度？折射波數(shù)據(jù)解釋中的截距時(shí)間法原理（ITM）？答：如圖所示設(shè)O1、O2為兩激發(fā)點(diǎn)，于是得到兩條相遇時(shí)距曲線S1、S2。延長(zhǎng)S1、S2交t軸于t01、t02.（1）由折射波時(shí)距方程的截距形式知（2）從而可得（3）分別以O(shè)1、O2為圓心，以h1、h2為半徑作圓（4）作兩圓的公切線便可得到所求的折射界面。折射波數(shù)據(jù)解釋中的t0差數(shù)法原理。答：如圖所示設(shè)O1、O2為兩激發(fā)點(diǎn)，于是得到兩條相遇時(shí)距曲線S1、S2。取排列上任意一點(diǎn)D，則在相遇時(shí)距曲線上得到旅行時(shí)t1、t2.（1）互換時(shí)設(shè)（2）ΔDBC可近似看成等腰三角形。過D作BC的垂直平分線交BC于M，DM=h，則有：（3）由上面可得：故D點(diǎn)到折射界面的法線深度，只要求出K、to就可知道h。面波勘探簡(jiǎn)述瑞雷勘探的基本原理？答：根據(jù)瑞雷波的頻散特性，利用人工震源激發(fā)產(chǎn)生多種頻率成分的瑞雷波。找出瑞雷波速V與頻率f的關(guān)系，從而確定地表巖土的瑞雷波速V隨場(chǎng)點(diǎn)位置坐標(biāo)的變化，最終解決淺層工程地質(zhì)和地基巖土的地震工程等問題。2、瑞雷波和拉夫波有何特點(diǎn)？答：瑞雷波特點(diǎn)：瑞雷波傳播時(shí)，在垂直于界面的入射面內(nèi)，各質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)，既有平行于波傳播方向的分量又有垂直于波傳播方向的分量。既質(zhì)點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)軌跡呈逆橢圓型。勒夫波特點(diǎn)：勒夫波傳播時(shí)，在垂直于界面的入射面內(nèi)，各質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)，只有垂直于波傳播方向的分量。且平行于界面。3、瑞雷達(dá)勘探可以解決哪些淺層地質(zhì)問題？（公場(chǎng)基層下其飽巖）答：①公路、機(jī)場(chǎng)跑道的質(zhì)量無損檢測(cè)；②場(chǎng)地類型劃分；③地基加固處理的效果評(píng)價(jià)；④地層劃分；⑤地下空洞及掩埋物的探測(cè)；⑥其他方面的應(yīng)用；⑦飽和砂土層的液化判別；⑧巖土物理力學(xué)參數(shù)的原位測(cè)試。面波勘探中的穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法？答：穩(wěn)態(tài)法：在資料采集中，使用一套幅值和頻率可控的非炸藥震源激發(fā)，通過改變震源的頻率來調(diào)節(jié)探測(cè)深度。記錄儀器為數(shù)字地震儀。在陸地上采用垂直速度檢波器接收。前期處理：濾波或圓滑。瞬態(tài)發(fā)：在資料采集中，使用重錘或炸藥震源激發(fā)。記錄儀器為數(shù)字地震儀。在陸地上采用垂直速度檢波器接收，并根據(jù)波場(chǎng)的頻散特性求取VR速度分布場(chǎng)。前期處理：濾波和頻譜（相關(guān)譜）分析。瑞雷波的穿透深度和泊松比的關(guān)系怎樣？答：由右側(cè)表格可知在波長(zhǎng)不變的情況下，泊松比越大穿透深度越大。6、層狀介質(zhì)中頻散曲線特征？答：曲線在“整體上”大致呈單調(diào)變化，即相速度隨波長(zhǎng)的增加（+）而增加（+），隨頻率的增加（+）而減?。?）。同時(shí)存在“局部”變化，這些“局部”變化往往包含豐富的層位信息。影響頻散曲線的因素有哪些？答：①震源的激震頻率②檢波器的頻率特性③記錄系統(tǒng)的頻率特性④時(shí)間采樣率⑤空間采樣率⑥多道接收時(shí)道一致性⑦非勘探目標(biāo)物體多道面波分析技術(shù)（MASW）有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：①構(gòu)建了一個(gè)二維橫波速度場(chǎng)②震源具有便攜、可重復(fù)使用的性質(zhì)，并可產(chǎn)生有效能量為寬頻帶的瑞雷波。③觀測(cè)系統(tǒng)與CDP方法類似，為一次勘探中同時(shí)利用體波反射和面波信息提供了基礎(chǔ)。④利用廣義線性迭代反演方法，結(jié)合最少的假設(shè)求得的一維近地表橫波速度剖面。算法穩(wěn)定、靈活。⑤用來提取、分析一維瑞雷波頻散曲線的處理程序穩(wěn)定、靈活、好用、準(zhǔn)確。電阻率法什么是直流電阻率剖面法和測(cè)深法？答：電阻率剖面法：是用以研究地電斷面橫向電性變化的一類方法。電阻率測(cè)深法：是用以研究地表某點(diǎn)下方垂向電性變化的一種方法。什么是聯(lián)合剖面法？答：如圖裝置系數(shù)：特點(diǎn)：什么是對(duì)稱剖面法？答：如圖裝置系數(shù)：特點(diǎn)：什么是中間梯度法？答：如圖裝置系數(shù)：特點(diǎn)：水平二層電測(cè)率曲線有哪些類型？答：如圖，有兩種類型：①G型曲線：特殊的，當(dāng)無窮大時(shí)，電測(cè)深曲線尾枝與橫軸成45°上升的漸進(jìn)。②D型曲線：水平地面點(diǎn)電流源的電場(chǎng)？答：①一個(gè)點(diǎn)電流源的電場(chǎng)，如圖：②兩個(gè)異性點(diǎn)電流源的電場(chǎng)，如圖：高密度什么是高密度電阻率法？答：是將點(diǎn)剖面法和電測(cè)深法結(jié)合起來的一種陣列電阻率探測(cè)方法。野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極置于測(cè)點(diǎn)上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。高密度電阻率法有何特點(diǎn)？（電能對(duì)野高）答：①電極布設(shè)是一次完成的，這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)；②能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，可以獲得較為豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。③對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)，結(jié)果直觀；④野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作所帶來的錯(cuò)誤；⑤高密度電法成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，探測(cè)能力顯著提高。集中式和分布式高密度電阻率有何不同？答：集中式：①電極開關(guān)集中在一個(gè)箱子中，儀器故障少②制作工藝簡(jiǎn)單，交貨快，價(jià)格相對(duì)便宜③維護(hù)容易、經(jīng)久耐用④可獲得高質(zhì)量的電阻率數(shù)據(jù)⑤可以做激發(fā)極化測(cè)量分布式：①電極開關(guān)分布在每個(gè)電極上②電纜芯數(shù)少、電纜細(xì)③抗干擾能力強(qiáng)，信噪比高④特別適合于同時(shí)做電阻率和激發(fā)極化測(cè)量高密度電阻率測(cè)量中，常用的10種裝置是什么？答：①Ploe-ploe（PP）②Ploe-diploe（PD)③Diploe-diploe(DD)④Half-Wenner（HW）⑤Wenner-α（WN）⑥Wenner-β（WB）⑦Schlumberger（SC）⑧γ-Array（GM)⑨MultipleorMovinggradientarray（GD）=10\*GB3⑩Mid-point-potential-referredmeasurement（MPR）電磁法什么是瞬變電磁法？答：瞬變電磁法是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流場(chǎng)產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)間域電磁法。什么是“煙圈效應(yīng)”？答：任一時(shí)刻，地下渦流電流在地表產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以等效為一個(gè)水平環(huán)狀線電流的磁場(chǎng)。在發(fā)射電流剛關(guān)斷時(shí)，該環(huán)狀線電流緊挨發(fā)射回線，與發(fā)射回線有相同的形狀；隨著時(shí)間的推移，該電流環(huán)向下、向外擴(kuò)散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。人們把地下渦旋電流向下、向外擴(kuò)散的過程形象地稱為：煙圈效應(yīng)。如何理解瞬變電磁響應(yīng)過程？答：由于電磁場(chǎng)在空氣中傳播的速度比在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播的速度大得多，當(dāng)一次電流斷開時(shí)，一次磁場(chǎng)的劇烈變化首先傳播到發(fā)射回線周圍的地表各點(diǎn)，因此，最初激發(fā)的感應(yīng)電流只局限于地表。而地表各處感應(yīng)電流的分布也是不均勻的，在靠近發(fā)射回線一次磁場(chǎng)最強(qiáng)的地表處感應(yīng)電流最強(qiáng)。隨著時(shí)間的推移，地下感應(yīng)電流便逐漸向下、向外擴(kuò)散，其強(qiáng)度也逐漸減弱，分布趨于均勻。4、瞬變電磁法野外工作中，常用的裝置有哪些？答：①重疊回線和中心回線裝置（同點(diǎn)裝置）②分離回線裝置（偶極裝置）③框-回線裝置（大回線走源裝置）如何選擇工作裝置和回線大?。看穑海?）工作裝置的選擇：根據(jù)勘探目標(biāo)、施工條件和裝置的特點(diǎn)等因素綜合考慮決定。（2）回線大小的選擇：在保證預(yù)定勘探深度的情況下，一般都選擇盡可能小的回線邊長(zhǎng)。探地雷達(dá)什么是探地雷達(dá)？答：探地雷達(dá)是用高頻脈沖電磁波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法。探地雷達(dá)常用測(cè)量方式有哪些？答：①剖面法及多次覆蓋②寬角法③共中心點(diǎn)法④環(huán)形剖面法⑤多天線測(cè)量法探地雷達(dá)探測(cè)時(shí)，如何裝置測(cè)網(wǎng)？答：測(cè)量工作進(jìn)行之前，首先必須建立測(cè)區(qū)坐標(biāo)，以確定測(cè)線的平面位置。（1）目標(biāo)體方向已知時(shí)，測(cè)線垂直于目標(biāo)體長(zhǎng)軸；目標(biāo)體方向未知時(shí)，采用方格網(wǎng)。（2）目標(biāo)體體積有限時(shí)，先用大網(wǎng)格小比例尺初查以確定目標(biāo)體的范圍，然后用小網(wǎng)格、大比例尺進(jìn)行詳查。網(wǎng)格大小=目標(biāo)體尺寸。探地雷達(dá)探測(cè)時(shí)，如何選天線中心頻率？時(shí)窗？采樣率？測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距？發(fā)射和接收天線間距？（公式）答：（1）天線中心頻率：（2）時(shí)窗：（3）采樣率：（4）測(cè)點(diǎn)間距：（5）發(fā)射和接收天線間距：5、探地雷達(dá)數(shù)據(jù)解釋時(shí)，如何拾取反射層？答：確定具有一定特征的反射波組是反射層識(shí)別的基礎(chǔ)，而反射波組的同相性與相似性為反射層的追蹤提供了依據(jù)。反射波組的同相性：一般在無構(gòu)造區(qū)，同一波組有一組光滑平行的同根軸與之對(duì)應(yīng)，這一特性稱為反射波組的同相性。反射波形的相似性：相鄰記錄道上同一反射波組的特征會(huì)保持不變，這一特征稱為反射波形的相似性。6、電磁波速度的獲取有哪些方法？答：①已知目標(biāo)換算法②幾何刻度法③介電常數(shù)法④反射系數(shù)法⑤CDP速度分析法重磁法的重力勘探（微重力測(cè)量）有哪些應(yīng)用？（地震庫熱石災(zāi)）答：①近地表溶洞、地下河、孔穴、廢礦坑巷道、巨徑管道、規(guī)模較小的地質(zhì)構(gòu)造斷裂、斷層的探測(cè)；②地震活動(dòng)區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)地震預(yù)報(bào)③大型水庫蓄放水引起的庫區(qū)的地形變化的監(jiān)測(cè)④地?zé)豳Y源的探測(cè)⑤石油、天然氣資源的勘探⑥災(zāi)害預(yù)報(bào)2、工程與環(huán)境地球物理中的磁法勘探（高精度磁力測(cè)量）有哪些應(yīng)用？（核海路管水垃）答：①核電站的建設(shè)和核廢料的埋藏②海洋開發(fā)中的海底不穩(wěn)定性③公