瞬态瑞雷波勘探技术

瞬态多道瑞利波勘探技术的原理方法、仪器设备和应用实例李哲生(福建省建筑设计研究院)提要本文阐述了瞬态多道瑞利波勘探的原理和方法，提出了适用该方法的仪器和设备工程为实例，介绍了这种方法在岩土工程勘察中的应用。

关键词 瑞利波 稳态法 瞬态法 瞬态多道瑞利波勘探技术一 前言在进行折射法和反射法地震勘探时，由纵波激震震源产生的地震波在传播过程中，不可避免地产生瑞利波，为了取得折射波的初至或反射波的同相轴，需要选择合适的窗口和滤波，将瑞利波作为干扰波设法排除。

但近些年来，人们已成功地利用瑞利波传播过程中的频散特性，将其应用于岩土工程勘察中来。

瑞利波勘探法根据震源形式不同可分为二大类：一为稳态法，另一为瞬态法。

前些年，主要以稳态激振方法为主，其代表为日本VIC 株式会社的GR-810、GR-830地下勘探机。

国内也有一些类似的仪器设备，它们的勘探原理都相同，即利用扫频仪和功率放大器发出的谐波电流推动电磁激振器对地面产生稳态面波，由相隔一定距离的拾振器将接收到的面波振动转换为电压量送入计算机(频谱分析仪)进行相关计算，得出频散曲线。

由于稳态激振面波勘探方法设备较为复杂，重量也大，随之根据其原理，出现了瞬态面波勘探方法，其设备较为轻便，测试速度快。

但也有许多缺点，其一是瞬态激振的功率密度谱分布不均，许多频率能量大小，随机干扰大，以致于频散曲线与理论相差太大，常常无法利用。

其二是仍按照稳态激振面波勘探方法接收地面震动波，致使所有的波，如反射波、折射波、直达波等均作为干扰波而与面波混在一块，有可能导致误差较大的结果，这也是稳态激振面波勘探方法主要缺点之一。

为了克服这些缺点，目前发展了一种新的面波勘探方法--瞬态多道瑞利波勘探技术。

它的激振可采用不同材料和质量的锤或重物下落激振，在地面布置多个拾震器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次迭加多道和相关迭加，使得频谱能量加大，干扰减小。

据此，北京水电物探研究所(原北京华水物探研究所)研制了SWS 多功能面波仪，并将分析处理软件装入计算机内。

道路|工|程鬆瞬态瑞雷面波法在道路工程地质勘察中的应用冯海•罗大庆，李璐杰(广西交科集团有限公司，广西南宁530007)摘要：与常规的地质勘探技术相比，瞬态瑞雷面波法具有对场地的要求不高、性价比高、便于激发与识别、不受地层速度的影响等优势，因此，获得了业内广泛的认可，在解决浅层工程地质问题方面具有重要作用。

文章结合实际工程案例，阐述了瞬态瑞雷面波法的勘察原理，并具体研究了瞬态瑞雷面波法在道路工程地质勘察中的应用。

关键词：道路工程;瞬态瑞雷面波法;地质勘察;原理;实践中图分类号：U412.22 文献标识码：A D0l:10.13282/ki.wccst.2021.01.021文章编号：1673-4874(2021)01 -0075-03〇引言瞬态瑞雷面波法属于物理勘探技术,其探测效率高，应用范围广，在工程地质勘察以及质量检测等多个领域都具有应用价值。

在道路工程建设过程中，由于工程施工区区域跨度大，地质环境复杂，地形地貌以及地层构造变化，因此，前期的地质勘探工作极为关键。

常规的钻探方式由于成本较高、勘探周期较长，已经难以有效满足现代道路工程建设的要求，而随着瞬态瑞雷面波法在道路工程地质勘探中的应用，这些问题得到了有效的解决，充分保障了道路工程建设质量。

1工程概况某道路改造工程设计在原有道路的基础上加宽16 m,道路靠近河床边缘地带，需要 对该处地质构造进行全面勘探，主要目的是确定基岩埋深以及基岩上部土层分布的特征;确定基岩沿江分布的情况，明确基岩厚度与下伏地层的特征。

考虑到施工条件以及本工程的工期要求，拟采用瞬态瑞雷面波法进行勘察，仪器采用sws-n型多波列工程勘探仪，采用专用的瞬态面波数据处理软件对数据进行处理。

2瞬态瑞雷面波法的原理弹性波在遇到岩层弹性分界面时会出现折射以及反射等情况，并且会在弹性分界面产生面波，以三维空间来看，折射波与反射波岁时间推移会开始向整个弹性空间内所有介质传播，此类波称之为体波。

第十六卷 第二期 物 探 与 化 探 Vol.16, No.2 1992年4月 GEOPHYSICAL & GEOCHEMICAL EXPLORATION Apr., 1992瞬态瑞雷波勘探方法严寿民（中国科学院地球物理研究所）摘 要瞬态瑞雷波勘探方法是一种新的地震方法。

它可以快速和经济地测定岩土层的瑞雷波速度。

由瑞雷波速度可换算成横波速度。

本文简要叙述了它的原理和野外试验方法。

并以实例说明了此方法的有效性。

最后对这一方法的优点作了讨论。

瑞雷波勘探方法是国外最近几年发展起来的新的浅层地震勘探方法，与以往的地震勘探方法差别在于：它应用的不是纵波和横波，而是以前视为干扰的面波。

众所周知，面波具有频散的特性，即其传播的相速度随频率的改变而改变。

这个频散特性可以反映地下构造的一些特性。

60年代初，美国密西西比陆军工程队水路试验所开始研究这种方法，但由于当时技术条件的限制，而未能成功。

一直到80年代，日本的VIC 株式会社推出GR-810佐藤地下全自动勘探机后，才使这个勘探技术在浅层物探中得以应用。

通过几年的实践和初步研究表明，此方法是一种较为简便和行之有效的探测手段，有着很广阔的发展前途。

但由于GR-810采用的所谓稳态瑞雷波勘探方法，带有一套稳态的激震设备，因而其价格昂贵，设备显得很笨重，使这种技术的应用和推广受到一定的限制。

针对这个问题，我们用瞬态瑞雷波来代替稳态法，并在实践中获得成功。

所用的仪器是日本CF-350通道FFT 信号分析仪、一个锤子和二个低频检波器，以代替GR-810全自动勘探机。

由于去掉了笨重的稳态振动系统，因而设备是非常轻便的，并先后在野外做了试验，取得了较好的成效。

瞬态瑞雷波法的原理瞬态瑞雷波法是用锤击使地面产生一个包含所需频率范围的瞬态激励。

离震源一定距离处有一观测点A ，记录到的瑞雷波是f 1(t)，根据付立叶变换，其频谱为⎰∞∞--=dt e t f F t i 11)()(ωω （1） 在波的前进方向上与A 点相距为△的观测点B 同样也记录到时间信号f 2(t)，其频谱是⎰∞∞--=dt e t f F t i 22)()(ωω （2） 假若波从A 点传播到B 点，它们之间的变化纯粹是频散引起的，由应有下列的关系式)()()(12ωωωωR V i e F F ∆-= （3）)(ωR V 是圆频率为ω的瑞雷波的相速度。

多道瞬态瑞雷波法技术应用探讨体剪切波速度测试作为对浅层地震进行勘察与科学评价的一种新型，在强夯地基检测中得到了广泛地应用与发展。

以往，针对剪切波速度原位测试而言，多以体波为试验信号，以表面为波干扰信号，测试时在地层中进行钻孔测试费用昂贵，难以大范围推广。

伴随着科学技术的不断发展，表面波法孕育而生，在一定程度上彌补了土体剪切波速度测试的缺陷，不需要在地层中进行钻孔，将振源检波器置入地表面上，经济可靠，应用范围广。

具体而言，表面波法主要涵盖两种方法：一是稳态瑞雷波法，二是瞬态瑞雷波法。

伴随着瑞雷波法实测技术的快速发展，该项技术在煤炭冶金、工程勘察、地基承载力确定、考古与地下洞穴、地基加固效果评价、工程质量检测等方面应用广泛，能创造巨大经济效益。

但由于瞬态激振功率谱分布难以实现均匀，且频率能量小，具有高随机干扰性，故当前已发展出来的一种全新面波勘探方法—多道瞬态瑞雷波测试技术，可经由多道相关迭加与多次迭加，增高频谱能量，减少干扰，能保证测试结果的精准性。

1 多道瞬态瑞雷波法技术概述瑞雷波检测一般包括两种：一是瞬态法，二是稳态法。

针对此两种方法区别而言，关键在于震源存在差异。

瞬态法主要是指在激震时形成的瑞雷波，具有一定频率范围，以复频波为主要形式进行传播；而稳态法主要是指在激震时形成瑞雷波，频率较为单一，并以此形式进行传播。

而就两种方法测试结果而言，具有相似性，而瞬态法优势较为显著，同时测试设备较为简便，于测试过程便捷，能对较深的土层进行测试。

立足于瞬态瑞雷波法原理角度，其振源主要采用重锤或脉冲荷载，基于荷载作用下，处于地表上的传感器可对R波竖向分量信号进行接收。

而瑞雷波通过检波器向检波器向外进行传播，接收时间域信号，其中涵盖单频瑞雷波，通过频谱分析可获取R波波速。

从本质上来讲，瑞雷波法主要采用瑞雷波动力学特征与运动学特征来开展岩土工程勘察与检测，其特性主要表现在三个方面：（1）基于分层介质中，瑞雷波频散特性显著；（2）瑞雷波影响深度为一个波长以内，由于波长存在差异，导致穿透深度也不尽相同，其属于不同深度介质状况反映指标；（3）剪切波速与瑞雷波传播速度息息相关。

瞬态多道瑞雷波原理及在碎石土强夯地基检测中的应用摘要：瞬态瑞雷波最近几年来在岩土工程勘察中应用越来越广泛，本文通过具体实例阐述了瞬态多道瑞雷波勘探的原理和方法，分析了瞬态瑞雷波在强夯检测中的应用。

关键词：强夯；地基检测；剪切波速度；瞬态多道瑞雷波勘探技术在建筑行业逐渐发展的同时，多种勘探技术面世并用于实际工程。

在上世纪90年代就出现了瞬态瑞雷面波勘探方法，其属于浅层地震勘探方法之一，最近几年来在新疆岩土工程检测中应用越来越广泛。

在采用此方法进行检测时，可选用不同材质、不同重量的锤或者物体将其由高出落下形成激振。

检测过程中，需在被检测现场设置多个拾震器，科学设置面波接收窗口以接收震动，在多道面波叠加情况下，频谱能力增高，干扰量降低。

依据以往的工程实例可发现，此检测方式可用于区别建筑场地土层类型、评估地基加固情况等，且此种方式具有速度快、结果准确性高等优点。

瞬态瑞雷面波勘探中充分利用了瑞雷波在分层介质中传播频散、传播速度与介质物理力学性质联系紧密的特征。

一、瞬态瑞雷波法原理分析瞬态瑞雷波法利用锤击或炸药在地面形成涉及所需频率的瞬态激励。

在距离震源一定距离位置设置一个观测点（以A表示），并在此观测点检测瑞雷波（以(t)表示），在瑞雷波前进方向、距离A观测点一定距离（以△s表示）的位置f1设置另一个观测点（以B表示），并检测此观测点瑞雷波（以f(t)表示）。

经2检测发现，瑞雷波由A点至B点的变化是由于频散产生的，可依据两个观测点之间的距离、每一频率之间的相位差，可准确计算每一频率的相速度，进而准确绘制勘察地点频散曲线。

在计算瑞雷波的速度时，利用以下公式计算。

在确定瑞雷波速度频率为f时，它相应的波长R 为：R=VR/f依据弹性波理论可知，瑞雷波能量大多存在介质自由表面周围，且这些能量存在的深度在一个波长深度范围以内。

依据半波长理论可发现，我们可将瑞雷波平均速度VR视为1/2波长深度处介质的平均弹性性质，即勘探深度：H=R/2= VR/2f。

瞬态多道瑞利波勘探技术的原理方法、仪器设备和应用实例李哲生(福建省建筑设计研究院)提要本文阐述了瞬态多道瑞利波勘探的原理和方法，提出了适用该方法的仪器和设备工程为实例，介绍了这种方法在岩土工程勘察中的应用。

关键词 瑞利波 稳态法 瞬态法 瞬态多道瑞利波勘探技术一 前言在进行折射法和反射法地震勘探时，由纵波激震震源产生的地震波在传播过程中，不可避免地产生瑞利波，为了取得折射波的初至或反射波的同相轴，需要选择合适的窗口和滤波，将瑞利波作为干扰波设法排除。

但近些年来，人们已成功地利用瑞利波传播过程中的频散特性，将其应用于岩土工程勘察中来。

瑞利波勘探法根据震源形式不同可分为二大类：一为稳态法，另一为瞬态法。

前些年，主要以稳态激振方法为主，其代表为日本VIC 株式会社的GR-810、GR-830地下勘探机。

国内也有一些类似的仪器设备，它们的勘探原理都相同，即利用扫频仪和功率放大器发出的谐波电流推动电磁激振器对地面产生稳态面波，由相隔一定距离的拾振器将接收到的面波振动转换为电压量送入计算机(频谱分析仪)进行相关计算，得出频散曲线。

由于稳态激振面波勘探方法设备较为复杂，重量也大，随之根据其原理，出现了瞬态面波勘探方法，其设备较为轻便，测试速度快。

但也有许多缺点，其一是瞬态激振的功率密度谱分布不均，许多频率能量大小，随机干扰大，以致于频散曲线与理论相差太大，常常无法利用。

其二是仍按照稳态激振面波勘探方法接收地面震动波，致使所有的波，如反射波、折射波、直达波等均作为干扰波而与面波混在一块，有可能导致误差较大的结果，这也是稳态激振面波勘探方法主要缺点之一。

为了克服这些缺点，目前发展了一种新的面波勘探方法--瞬态多道瑞利波勘探技术。

它的激振可采用不同材料和质量的锤或重物下落激振，在地面布置多个拾震器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次迭加多道和相关迭加，使得频谱能量加大，干扰减小。

据此，北京水电物探研究所(原北京华水物探研究所)研制了SWS 多功能面波仪，并将分析处理软件装入计算机内。

摘要】瞬态面波法是一种新兴岩土原位测试勘探方法，对地层具有薄层分辨能力、定量分析评价能力和通过图象再现地下地层与构造的能力。

在工程建设项目的勘察设计中发挥越来越大的作用。

【关键词】瞬态面波瑞雷面波频散曲线勘察应用与折射波、反射波相比瞬态面波法是一种新兴岩原位测试勘探方法，利用实测瑞雷面波频散曲线，通过定量解释，可以得到各地质层弹性波的传播速度，传播速度的大小，直接反映了地层的“软”、“硬”程度。

因此，可以对第四系地层进行划分，确定地基的持力层、土石界面基岩面的起伏变化。

瞬态面波勘察技术对地层具有的薄层分辨能力、定量分析评价能力和通过图象再现地下地层与构造的能力。

一、瞬态面波概要试验表明，瑞雷面波某一波长的波速主要与深度小于该波长一半的地层物性有关，这就是用一定波长的瑞雷面波波速来表征一定深度地层物性的实验基础。

瞬态面波法是通过锤击、落重及炸药震源，产生一定频率范围的瑞雷面波。

再通过振幅谱分析和相位谱分析，把记录中不同频率的瑞雷面波分离开来，从而得到一条VR-f曲线或VR-λR曲线。

解释方法多采用半波长法，但进一步发现，半波长法解释方法有时不够精确，实际应用中需作修正或改进。

推断层厚度的方法目前有一次导数极值点法和拐点法；计算层速度的方法有渐进线法、□VR/□λRH极值法和近似计算法几层厚度、层速度的综合解释法等。

通过正反演计算，进行人机联作速度分层，也是日趋常用的处理解释方法。

瞬态面波处理系统的主要功能模块及处理流程图见图1。

二、工程应用实例1、工程勘察图2是兰州-临洮高速公路对临洮县城特大桥采用锤击震源和瞬态面波法取得的工作成果。

此图为波速实测曲线和人机联作地层分层的解释成果，与钻孔验证二者对应良好。

节约了三分之二的钻探工作量。

图3是山丹-临泽高速公路对黑河大桥采用锤击震源和瞬态面波法取得的工作成果。

此图为波速实测曲线和人机联作地层分层的解释成果，与钻孔验证二者对应良好。

在地层分层的解释成果图中地层分为大的三层，剪切波速由100m/s变化至500m/s，反映了由地表松散的砂卵石至深部中密-密实的砂卵石的地层变化。

在高速公路边坡勘察中瞬态瑞雷波法的应用分析瞬态瑞雷波法是一种比较常见的勘探技术，其在地质勘查中的应用比较广泛。

将瞬态瑞雷波法应用于高速公路边坡勘察中，能够提升地质勘察的效果，对边坡防治具有一定的促进作用。

本文主要对瞬态瑞雷波法进行探讨，并对瞬态瑞雷波法在高速公路边坡勘察中的应用进行分析。

标签：高速公路边坡勘察；瞬态瑞雷波法；应用分析边坡问题是高速公路建设过程中需要面临的重点问题，及时对高速公路边坡进行勘察和处理，能够保障高速公路的稳定发展。

在实际勘察过程中，高速公路边坡的数据资料难以获取，易对边坡稳定分析结果造成影响，从而为高速公路埋下安全隐患。

瞬态瑞雷波法可通过瑞雷波的扩散对浅层地质进行勘察，其在工程地质勘察中的应用效果比较优越。

1、瞬态瑞雷波法地震波可分为两类，包括面波与体波。

当体波在非均匀介质中传播时，就会出现投射现象与反射现象。

瑞雷波的出现是由于反射纵波与横波纵波相互干涉形成的。

瑞雷波勘探属于无损探测，其在工程建设中的應用范围相对广泛。

由于传统的瑞雷波勘探效果有限，已经无法满足工程建设的勘探要求，因此出现了瞬态瑞雷波勘探方式。

这种勘探方式可通过数据分析，从而得出地下不同深度的数据资料。

在进行瞬态瑞雷波的振动信号处理时，可选择瑞雷波处理软件。

这种软件可处理各种不同频率的瑞雷波，从而得出瑞雷波频散曲线。

然后对瑞雷波频散曲线进行分析，得出对应的深度，并将各深度介质中的瑞雷波速值求解出来。

检波器能够对瑞雷波信号进行接收和传输，并对信号进行初步的处理与保存。

在进行瞬态瑞雷波法应用时，可对多个检波器进行联用，只需一次瞬发便可得到横向上的速度剖面，使横向分辨率与勘探效率得到提升[1]。

自由表面传播的瑞雷面波具有一定的特性，其质点会处于振动状态。

若瑞雷面波传播深度上升，则质点的垂直振幅便会快速降低，瑞雷面波质点垂直振幅与水平振幅的能量多数处于二分之一波长范围内。

瑞雷面波在均匀介质中传播时，其传播的频率和波速之间并没有关联性。

瞬态瑞雷面波测试简述0．检测原理瑞雷面波法检测根据击振源的不同分为稳态和瞬态。

瞬态瑞雷面波法测试需先求得在路基上激发的瞬态瑞雷面波的频散曲线，不同频率的瑞雷面波具有不同的波长，其平均速度就反映了不同深度范围内的介质性质。

通过分析频散曲线图，用拐点法或渐近线法确定各分层介质的分层界面，然后用等效半空间法计算获得各层的瑞雷面波波速，在建立瑞雷面波速与路基路面分层介质物理力学参量之间的对应关系式，从而实现由实测的瑞雷面波对公路质量的无损检测。

1．检测系统的真确配置和方案确定检测系统的正确配置和检测方案的正确确定是保证检测精度和检测可靠性的关键。

检测系统配置主要由振源、检波器、电荷放大器、计算机分析处理系统和资料输出的打印机组成。

振源是产生所需频率范围的机具，一般采用锤击、落重、爆炸等方式。

检波器是安置在地面用于拾取介质的传感器。

可以把振动的机械能转换成电信号。

目前，使用的检波器有动圈电磁式的速度传感器和压电晶体式的加速度传感器。

电荷放大器是用于放大采集的信号以更好的提取所需的信号部分。

2．检测方案检测前，应对现场路面进行调查后，根据具体的测试对象，进行检测方案的设计。

通常情况下，主要考虑以下几点内容：（1）振源的选择：在进行路基压实度检测时，可用小铁板垫着再用铁锤迅速猛锤击小铁板，根据实测的频散曲线图分析在压实路基图的检测中，所需的击发频率一般为：150～300Hz,用小铁锤即可击发足够的频率带宽，瑞雷面波信号采集仪器的采样频率一般选择1024Hz即可：在混凝土路面检测时要获取高频的振源（一般为3000～5000Hz）,小铁锤击发的频率已不能满足。

经过反复的振源选择，发现可采用用小钢球猛甩击地面以获得高频击发源。

（2）垂向传感器的选择：检波器是安置在地面用于拾取介质振动的传感器。

可以把在路基的检测中因为需要的正源频率较低一般为200Hz左右，故检波器可选用中低频地震式传感器，因为它具有频率范围宽，对冲击振动的频响特性好等特点。