地質(zhì)工程師論文發(fā)表瞬態(tài)面波勘探新工程制度模式

　　文章是一篇地質(zhì)論文，主要講述了現(xiàn)在地理工程運(yùn)用的先管理發(fā)展?fàn)顟B(tài)，同時也對瞬態(tài)面波勘探及應(yīng)用的介紹。本文選自：《中國地質(zhì)教育》,《中國地質(zhì)教育》(季刊)創(chuàng)刊于1992年，由中國地質(zhì)學(xué)會、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)主辦。本刊是我國惟一一份地學(xué)教育與研究的學(xué)術(shù)性期刊，以其指導(dǎo)性、學(xué)術(shù)性、應(yīng)用性為特色，是地學(xué)教育研究人員、各級領(lǐng)導(dǎo)、教育管理和師生員工的學(xué)術(shù)論壇、決策參謀和良師益友。榮獲“地學(xué)人物”欄目被評為“北京高校人文社科學(xué)報優(yōu)秀欄目”。

　　摘要：應(yīng)用瞬態(tài)法進(jìn)行現(xiàn)場測試時一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對比和分析。當(dāng)錘子或落重在地表產(chǎn)生一瞬態(tài)激振力時，就可以產(chǎn)生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號的形式向外傳播。當(dāng)多道低頻檢波器接收到脈沖形振動信號后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，頻譜分析后，把各個頻率的R波分離出來，并求得相應(yīng)的VR值，進(jìn)而繪制面波頻散曲線。

　　關(guān)鍵詞：瞬態(tài)面波,地理勘探應(yīng)用,地質(zhì)工程,地質(zhì)制度,地質(zhì)論文

　　1 前言

　　面波勘探，也稱彈性波頻率測深，是國內(nèi)外近幾年發(fā)展起來的一種新的淺層地震勘探方法。面波分為瑞利波(R波)和拉夫波(L波)，而R波在振動波組中能量最強(qiáng)、振幅最大、頻率最低，容易識別也易于測量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。

　　人們根據(jù)激振震源的不同，又把面波勘探分為①穩(wěn)態(tài)法、②瞬態(tài)法、③無源法。它們的測試原理是相同的，只是產(chǎn)生面波的震源不同罷了。

　　1938年德國土力學(xué)協(xié)會首次嘗試用穩(wěn)態(tài)振動來檢測巖土的各種彈性力學(xué)參數(shù)。1960年美國密西西比陸軍工程隊水陸試驗所開始開發(fā)類似的技術(shù)方法，但由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，均未獲得成功。70年代初美國F·K·Chang等人利用瞬態(tài)激振產(chǎn)生的瑞利波來研究淺部地質(zhì)問題，并于1973年在第42屆國際地球物理勘探年會上發(fā)表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Exploration”(瞬態(tài)面波在淺層勘探中的應(yīng)用)論文，報道了有關(guān)的研究成果。在穩(wěn)態(tài)方面，直到80年代初，日本的VIC株式會社經(jīng)過多年的研究試制，推出了GR-810佐藤式全自動地下勘探機(jī)，才使該項物探技術(shù)在淺層工程勘察工作中得以應(yīng)用。通過幾年的實(shí)踐和初步研究，R波在巖土工程勘察中的應(yīng)用大致分為以下幾個方面：

　�、� 查明工程區(qū)地下介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)并進(jìn)行地層劃分;

　　⑵ 對巖土體的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行原位測試;

　�、� 工業(yè)與民用建筑的地基基礎(chǔ)勘察;

　�、� 地下管道及埋藏物的探測;

　�、� 地下空洞、巖溶、古墓及廢棄礦井的埋深、范圍等探測;

　　⑹ 軟土地基加固處理效果評價及飽和砂土層的液化判別;

　�、� 公路、機(jī)場跑道質(zhì)量的無損檢測;

　�、� 江河、水庫大壩(堤)中軟弱夾層的探測和加固效果評價等;

　�、� 場地土類別劃分及滑坡調(diào)查等;

　�、� 斷層及其它構(gòu)造帶的測定與追蹤等。

　　2 勘探原理

　　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，它是一種地滾波。彈性波理論分析表明，在層狀介質(zhì)中，拉夫波是由SH波與P波干涉而形成，而瑞利波是由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。在傳播過程中，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡呈現(xiàn)一橢圓極化，長軸垂直于地面，旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向，傳播時以波前面約為一個高度為λR(R波長)的圓柱體向外擴(kuò)散。

　　在各向均勻半無限空間彈性介質(zhì)表面上，當(dāng)一個圓形基礎(chǔ)上下運(yùn)動時，由它產(chǎn)生的彈性波入射能量的分配率已由Miller(1955年)計算出來，即 P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作為勘探方法，其信噪比會大大提高。

　　綜合分析表明R波具有如下特點(diǎn)：

　�、� 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);

　�、� 在不均勻介質(zhì)中R波相速度(VR)具有頻散特性，此點(diǎn)是面波勘探的理論基礎(chǔ);

　�、� 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，其相關(guān)式為：

　　VR=VS·(0.87+1.12μ)/(1+μ); 式中：μ為泊松比;

　　此關(guān)系奠定了R波在測定巖土體物理力學(xué)參數(shù)中的應(yīng)用;

　�、� R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸;

　�、少|(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為逆轉(zhuǎn)橢圓，且在垂直平面內(nèi)運(yùn)動;

　�、� R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個波長(λR)尺度范圍內(nèi)。

　　依據(jù)上述特性，通過測定不同頻率的面波速度VR，即可了解地下地質(zhì)構(gòu)造的有關(guān)性質(zhì)并計算相應(yīng)地層的動力學(xué)特征參數(shù)，達(dá)到巖土工程勘察之目的。

　　3 野外工作方法

　　當(dāng)選取兩道檢波數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理時，應(yīng)使兩檢波器接收到的信號具有足夠的相位差，其間距△x應(yīng)滿足(λR/3)～λR，即在一個波長內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)要小于在間距△x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的3倍，而大于在間距△x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的1倍，該采集濾波原則對于不同的勘探深度及儀器分辨率和場地地層特性可作適當(dāng)調(diào)整。

　　當(dāng)采用多道檢波數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理時，雖然不受道間距公式的約束，但野外數(shù)據(jù)采集時也應(yīng)考慮勘探深度和場地條件的影響。一般來說，當(dāng)探測較淺部的地層介質(zhì)特性時，易采用小的△x值并用小錘作震源以產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻信號，即可獲得較好的結(jié)果;當(dāng)探測較深部的地層介質(zhì)特性時，易采用較大的△x值，并用重錘沖擊地面，以產(chǎn)生較低頻率的信號，使其能反映地下更深處的介質(zhì)信息，達(dá)到巖土工程勘察之目的。

　　震源點(diǎn)的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對稱激發(fā)，有利于R波的對比、分辨和識別，但偏移距增大就要求震源能量加大和儀器性能的改善。一般來說，偏移距應(yīng)根據(jù)試驗結(jié)果選取。就目前的儀器設(shè)備條件和反演技術(shù)水平，選用偏移距20～40m即可獲得較好的測試結(jié)果。

　　由多道檢波數(shù)據(jù)反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點(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)的平均結(jié)果，故當(dāng)探測場地地下介質(zhì)水平方向變化較大時，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)果更具客觀實(shí)際。

　　4 工程應(yīng)用

　　西部大開發(fā)十大項目之一的黃河沙坡頭水利樞紐位于黃河上游干流上，上距待建的大柳樹壩址12.1km，下距青銅峽水電站122km，行政隸屬寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)縣。主要建筑物由主壩和副壩兩部分組成，其中主壩擬選壩型為混凝土閘壩，最大壩高39.93m，壩長358.5m;副壩布置在黃河左岸Ⅰ級階地，擬建壩型為土石壩，壩高5m左右，壩長約1.5km。

　　測區(qū)地層巖性由上至下依次為：①覆蓋層由全新統(tǒng)風(fēng)積砂壤土、粉細(xì)紗和全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石組成;②下伏基巖由棕紅色、紫紅色砂質(zhì)粘土巖組成，局部夾有礫巖。

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