瑞雷面波在土石方量调查中的应用

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1、瑞雷面波在土石方量调查中的应用以某场地通过瑞雷面波的物探勘察手段测定反压护道及施工围堤人工填土层厚度，进行土石方量计算的工程实例说明白地质雷达的工作原理,操作流程以及检测资料的分析处。理依据瑞雷面波解释结果经过计算得出土石方量，结果精确。从工程实例中可以看出，瑞雷面波不光具有经济、高效、无损的勘察特点，而且对浅部地层具有很高的辨别率，解释结果直观、精确，具有较高的工程实用性。1.引言上世纪五十年月以来,世界各国广泛使用天然地震面波来研究地球内部结构,发觉不同构造环境的地壳上地慢结构有很大差异,获得了

2、其分层厚度和横波速度。世纪年月初,日本的株式会社推出了一佐藤式全自动地下勘探机，使面波技术在浅层勘察工作中得以应用。经过多年的发展，面波勘探技术已经广泛应用于工程地质勘察、无损检测和浅层煤炭勘探。在各类能源和工程勘察设计通常需要快速取得掩盖层厚度和地质分层等参数，传统的方法有钻探和静力触探等。钻探方法设备重、施工慢、费用高而且对环境破坏戈。静力触探方法虽然快速，但是设备仍不是很轻巧,而且仅能在软土中应用,遇见孤石或卵石就无法推进。面波勘察技术具有经济、快速、高效和对环境无破坏等优点，特别适合用于土石

3、方调查工作。本文结合详细工程实例就该技术进行介绍。2.基本原理和方法6面波分为瑞雷波和拉夫波，而瑞雷波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低，简单识别也易于测量，所以面波勘察一般是指瑞雷波勘探。瑞雷面波是指在弹性分界面处由于波的干涉而产生，并且沿界面传播，波动现象集中在界面四周的一种弹性波，其具有以下几种主要特性：①在匀称介质条件下，瑞雷面波的传播速度VR与其振动频率f(即与面波的波长λR)无关，即面波在匀称介质中传播没有频散性。与此相对应，在不匀称介质中，面波的传播速度VR是频率f的函数，即面波

4、在非匀称介质中具有频散特性。在匀称介质中无频散性和不匀称介质中具频散特性是面波勘探的物理基础。波的传播特性反映着不同深度的地质状况。③瑞雷面波的水平和垂直振幅从弹性介质的表面向内部呈指数减小，大部分能量集中在一个波长的深度范围内，即认为面波的穿透深度约为一个波长。④瑞雷面波波速近似等于横波波速，并具有相关性，因此面波波速与介质的物理力学性质亲密相关。瑞利波速和横波波速的关系为：(为泊松比)当从0.25至0.5时，Vr/Vs从0.92至0.95。由此可将瑞雷波波速换算成横波波速。6瑞雷面波的野外采集，

5、是在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距设置N+1个检波器，就可以检测到面波在长度范围内的传播过程(见图1)。设面波的频率为f，相邻检波器记录的面波的时间差为(或相位差为)，则相邻道长度内面波的传播速度为：或测量范围内平均波速为：或在同一地段测量出一系列频率对应的Vr值，就可以得到一条Vr~f曲线，即所谓的频散曲线，频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系，通过对频散曲线进行反演解释，可得到地下某一深度范围内的面波传播速度Vr值，Vr值的大小与介质的物理特性有关，据此可对岩土的物理性质做出评价

6、。3.解释方法瞬态瑞雷面波法是通过人工震源激发，产生一定频率范围的瑞雷面波(图2-1)，再通过振幅谱分析和相位谱分析，把记录中不同频率的频散曲线面波分别出来，然后分别对各频率谐波进行相互关运算，计算出各频率谐波的传播速度，从而得到一条称为“频散曲线”的Vr～f曲线，然后依据Vr～f曲线的结果进行反演计算，求取各岩土层的厚度及瑞雷面波速度，整个处理流程如下：1)对原始资料进行整理，检查核对，编录;2)计算各频率条件下瑞雷面波的传播速度：3)确定瑞雷面波时间～空间窗口;4)在频率～波数域内提取瑞雷面波;

7、65)进行频散分析并形成频散曲线图(图2-2);6)依据频散曲线的变化，对层数和各层速度的变化范围做出定性解释;7)进行定量解释，确定各层的厚度，计算各层的瑞雷面波层速;图2-1瑞雷面波测试原始记录波形图2-2瑞雷面波测试频散曲线图4.应用实例4.1工程概况拟建场地位于Y市福永镇，原始地貌为海陆交互冲积平原。本次勘察采用瑞雷面波物探勘察手段，通过物探的方法测定反压护道及施工围堤人工填土层厚度，计算人工填土土石方量。4.2野外地球物理条件为做好物探工作，应对施测对象的性质、特征了解清晰，以采取合适的方

8、法、参数。同时在解释时采取合适的方法，以提高解释精度。经了解场区从上至下可分为人工填土石层、淤泥(包括淤泥质土、砂)、残积粘土层，其岩土特性和地球物理特性简洁分析如下：6人工填土层：为人工抛填土、石，主要为块石、粘土、砂组成，块石成份占大部分，级配差，孔隙大，大部分地段未进行碾压震惊，只有部分地段经车辆走动而有一定压实，因此分析认为其视电阻率依据其含水量不同在50~500Ω·m，填土层块石成份多，孔隙度小的地段相对较高，以土、砂为主或孔隙度大的地段相对较低。其面波波速