多道瞬态瑞雷面波在岩土工程地质分层调查中应用

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1、多道瞬态瑞雷面波在岩土工程地质分层调查中应用　　摘要：本文简要叙述了多道瞬态瑞雷面波勘探的基本原理和方法技术，以调查岩土介质分层工程实例，对瑞雷面波资料进行处理、分析、解释，并结合工程勘察钻孔予以标定，钻探与物探相结合取得了良好的应用效果，为整个工程的设计和施工提供了科学依据。关键词：瑞雷面波；多道；瞬态；频散曲线中图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：1.引言在工程地质调查中，根据地层的岩性进行地质分层。由于工程勘察布置钻孔网度的局限性，通过物探手段——多道瞬态瑞雷面波进行无损检测，研究地层分层情况，并结合钻探资料综合分析对比，获得更好的地质效果。多道瞬态瑞雷面

2、波对岩土介质各层之间的界面划分较为有效，且施工效率高、成本低、现场无损，在工程物探领域应用空间广阔。2.工作方法2.1瑞雷面波勘探的基本原理及特点7面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S波）不同，是一种地滚波。弹性波理论分析表明，在层状介质中，拉夫面波是由SH波与P波干涉而形成，而瑞雷面波（R波）是由SV波与P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介质自由表面附近，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。在传播过程中，介质的质点运动轨迹呈现一椭圆极化，长轴垂直于地面，旋转方向为逆时针方向，传播时以波前面约为一个

3、高度为λR（R波长）的圆柱体向外扩散。在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）计算出来，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3。因此，利用R波勘探，其信噪比会大大提高。瑞雷面波具有地层分辨率高的特点，并可获得地层物性参数。该方法用于岩土工程勘察，与以往弹性波勘察方法的差别在于，它应用的不是纵波和横波，而是通常被视为干扰的面波。其原理是，在分层介质中，瑞雷面波具有频散特性，其传播的相速度随频率的改变而改变。这种频散特性可以反映地下岩土介质的特性。瑞

4、雷面波沿地层界面传播，传播深度约为一个波长，因此，同一波长的瑞雷面波传播特性反映该地质条件下在水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷面波传播特性反映不同深度的地质条件。瑞雷面波的特点：7（1）在地震波形记录中振幅和波组周期最大，频率最小，能量最强；（2）在不均匀介质中R波相速度（VR）具有频散特性，是面波勘探的理论基础；介质特性发生明显变化时，频散曲线会随之改变，呈现“之”字型拐曲、频散点缺失等；（3）由P波初至到R波初至之间的1/3处为S波组初至，且VR与VS具有很好的相关性，其关系式为：VR=VS•（0.87+1.12μ）/（1+μ），式中：μ为泊松比。此关系奠

5、定了R波在测定岩土体物理力学参数中的应用；（4）R波在多道接收中具有很好的直线性，即一致的波震同相轴；（5）质点运动轨迹为逆转椭圆，且在垂直平面内运动；（6）R波沿地层界面传播，且能量主要集中在距地层界面一个波长（λR）尺度范围内。依据上述特性，通过测定不同频率的瑞雷面波相速度VR，即可了解地下介质的相关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到岩土工程勘察之目的。2.2野外工作方法某城市轨道交通建设，应用多道瞬态瑞雷面波进行无损检测，配合钻探对地层的岩性进行分层调查。地表标高+25～+32m，地下水位线深度2～4m，地质任务为了解地表以下40m范围内，地层岩性分层情况。其地

6、层主要为人工填筑土、粘土、泥质砂岩、砂岩。7采用多道瞬态瑞雷面波进行观测，利于面波的对比和分析。当锤子或落重在地表产生瞬态激振力时，可以形成宽频带的R波，不同频率的R波相互叠加，以脉冲信号的形式向外传播。当多道低频检波器接收到脉冲信号，经数据采集、处理、频谱分析后，将各个频率的R波分离出来，并求得相应的相速度VR值，进而绘制面波频散曲线。多道瞬态瑞雷面波数据采集还应考虑勘探深度和场地条件的影响。一般而言，当探测较浅部地层介质特性时，易采用小道间距、小锤作震源，以产生较强的高频信号，即可获得较好的结果；当探测较深部地层介质特性时，易采用较大道间距、重锤作震源，以产生较低频率的

7、信号，使其能反映地下更深处介质的信息。多道检波器数据经处理、谱分析，得到频散曲线，一般视为接收段中点的解释结果。实际上该曲线所反映的地层特性为接收段内地层性质的平均值，故当探测场地地下介质水平方向变化较大时，只要能满足勘探深度的要求，尽量使反演所用的接收段减小，以使解释结果更贴近客观实际。2.2.1作业依据及规范（1）《浅层地震勘查技术规范》（2）《多道瞬态面波勘察技术规程》2.2.2测线布置7野外观测采用线性观测系统，即激振点和检波器布置在同一条直线上，以观测点为中心对称布置，采用多道检波器接收的工作方式。图1采