面波
- 格式:doc
- 大小:25.00 KB
- 文档页数:5
面波法检测实施细则一、背景介绍面波法是一种非破坏性测试方法,用于评估材料或者结构中的缺陷,如裂纹、腐蚀等。
本文将详细介绍面波法检测的实施细则,包括仪器设备要求、操作步骤、数据处理等内容。
二、仪器设备要求1. 面波发生器:使用频率范围在1 kHz至1 MHz之间,具备调节幅度和频率的功能。
2. 面波传感器:用于接收面波信号,应具备高灵敏度和宽频带特性。
3. 数据采集设备:用于记录和分析接收到的面波信号,应具备高采样率和大容量存储功能。
4. 传感器固定装置:用于将面波传感器固定在被测材料表面,确保传感器与被测材料之间的密切接触。
三、操作步骤1. 准备工作a. 确定被测材料的类型和尺寸,以及需要检测的缺陷类型和位置。
b. 检查仪器设备是否正常工作,确保各部件连接稳固。
c. 清洁被测材料表面,确保无杂质和污染物。
2. 传感器固定a. 将传感器固定装置安装在被测材料表面,确保固定坚固且与被测材料接触良好。
b. 调整传感器位置和角度,使其与被测材料表面垂直,并与待检测缺陷位置相对应。
3. 面波信号发生a. 打开面波发生器,设置合适的频率和幅度。
b. 将面波信号引入传感器,确保信号传输畅通。
4. 数据采集a. 打开数据采集设备,设置适当的采样率和存储容量。
b. 开始采集数据,记录接收到的面波信号。
5. 数据处理a. 将采集到的数据导入计算机,使用专业软件进行处理。
b. 对面波信号进行滤波、时域分析和频域分析,以识别和定位缺陷。
c. 利用已建立的缺陷数据库进行对照分析,评估缺陷的严重程度和发展趋势。
四、结果分析与报告1. 结果分析a. 根据数据处理的结果,判断被测材料中存在的缺陷类型、位置和大小。
b. 对检测结果进行评估,确定缺陷对材料性能和结构强度的影响程度。
2. 报告编写a. 将检测结果整理成报告,包括被测材料的基本信息、检测方法和参数、检测结果和分析等内容。
b. 报告中应包含详细的数据和图表,以支持分析和结论。
面波法检测实施细则一、引言面波法是一种常用的非破坏性检测方法,广泛应用于建筑、桥梁、地下管线等工程领域。
本文旨在制定面波法检测实施细则,以确保检测工作的准确性、可靠性和一致性。
二、适用范围本实施细则适用于所有使用面波法进行非破坏性检测的工程项目。
三、术语定义1. 面波法:一种利用地震波在地下介质中传播和反射的原理,通过检测地表上的面波信号来获取地下结构信息的方法。
2. 面波速度:地表上面波传播的速度,通常以米/秒(m/s)为单位。
3. 面波频散曲线:面波速度与频率之间的关系曲线。
4. 面波频散分析:通过测量不同频率下的面波速度,绘制面波频散曲线,并进行数据分析的过程。
四、检测设备和工具1. 面波仪器:应选择符合国家标准的面波仪器,确保其精度和可靠性。
2. 地震传感器:应选择合适的地震传感器,能够准确地测量地表上的面波信号。
3. 数据采集系统:应使用可靠的数据采集系统,能够实时采集、存储和处理面波数据。
五、检测前准备1. 环境调查:在进行面波法检测前,应对检测区域的地质、地貌、地下结构等进行详细的环境调查,以了解可能对面波信号产生影响的因素。
2. 设计检测方案:根据环境调查结果和检测目的,制定合理的检测方案,包括选择适当的检测线路、测点布设和检测参数设置等。
六、检测过程1. 仪器校准:在进行面波法检测前,应对面波仪器进行校准,确保其测量结果的准确性。
2. 测点布设:按照检测方案,在检测区域内合理布设测点,保证测点之间的间距均匀,并考虑到地下结构的变化。
3. 数据采集:将地震传感器安装在每个测点上,并连接到数据采集系统。
启动数据采集系统,开始采集地表上的面波信号。
4. 数据处理:对采集到的面波数据进行处理,包括去除噪声、提取面波信号、计算面波速度等。
5. 面波频散分析:根据处理后的面波数据,进行面波频散分析,绘制面波频散曲线,并进行数据分析和解释。
七、数据分析和报告编制1. 面波速度分析:根据面波频散曲线,计算并分析地下结构的面波速度分布情况,提取有关结构特征的信息。
面波法与单孔检层法波速测试的工程应用面波法与单孔检层法是地下工程中常用的波速测试方法。
它们可以测定工程场地地下层状情况,包括土层的物理性质和地下水位等信息。
这两种方法在不同的场合有不同的应用。
首先,面波法是一种非侵入性的测试方法,适用于大面积的场地。
它通过分析地震波在地表传播的速度和频谱,来推断地下层的波速和厚度。
具体来说,面波法通过进行雷达扫描或者摇摆台测试,获取地震波的传播速度和频谱。
在分析这些数据的过程中,可以测定不同频率下的相速度和群速度,从而得到地下层的波速和地下层的厚度。
面波法具有操作简单、高效快速、信息获取全面等优点,特别适用于大面积的土壤分层和地下水位的测定。
这项方法在基础设施建设、土壤堆体、填埋场监测等工程中得到广泛应用。
其次,单孔检层法是一种主动性的测试方法,适用于狭小的场地或者钻孔的位置。
它通过在钻孔中进行地震波的发射和接收,来测定地下层的波速和厚度。
具体来说,单孔检层法通过在钻孔中放置地震波发射器和接收器,发射地震波并记录到达接收器的时间,从而计算出地震波在地下层中的传播速度。
通过在不同深度的孔位进行测试,可以获得不同深度处的波速和地下层的厚度。
单孔检层法具有精度高、可靠性好、对场地空间限制小等特点,适用于狭小场地和深部土层的测试,如钢结构基础、大型工业设备基础的选址、桥梁桩基的设计等工程中得到广泛应用。
综上所述,面波法和单孔检层法是地下工程中常用的波速测试方法。
它们在不同的场合有不同的应用,面波法适用于大面积场地的测试,而单孔检层法适用于狭小场地或者钻孔的位置。
这两种方法在基础设施建设、土壤堆体、填埋场监测等工程中起着重要的作用,能够提供地下层状情况的详细信息,为工程的设计和施工提供参考。
面波法检测实施细则面波法是一种非破坏性检测技术,广泛应用于地质勘探、建筑结构检测、桥梁安全评估等领域。
本文将介绍面波法检测的实施细则,帮助读者了解如何正确使用这一技术。
一、设备准备1.1 选择合适的面波法检测设备:根据实际需要选择合适的面波法检测设备,通常包括发射器、接收器、数据采集系统等。
1.2 确保设备完好:在进行检测前,需要检查设备是否完好,包括电池电量、传感器连接是否良好等。
1.3 调试设备参数:根据实际情况调试设备参数,包括频率、增益等,以确保检测结果准确。
二、现场准备2.1 选择合适的检测地点:在进行面波法检测时,需要选择合适的地点,通常选择平坦、无遮挡的地面进行检测。
2.2 清理检测区域:在进行检测前,需要清理检测区域,确保地面平整、无杂物,以避免对检测结果的影响。
2.3 布置检测线路:根据实际需要布置检测线路,通常需要在地面上标记出检测线路,以便进行数据采集。
三、数据采集3.1 发射面波信号:在进行数据采集时,需要通过发射器发送面波信号,通常采用锤击地面或者振动源的方式。
3.2 接收面波信号:接收器接收地面传播的面波信号,并将数据传输到数据采集系统中进行处理。
3.3 处理数据:对采集到的数据进行处理,包括滤波、叠加等操作,以得到准确的面波速度和传播路径。
四、数据分析4.1 解释面波速度:根据采集到的数据,分析面波速度的变化规律,了解地下介质的性质和结构。
4.2 确定地下结构:通过面波法检测结果,确定地下结构的情况,包括土层厚度、岩层分布等。
4.3 制定进一步探测计划:根据数据分析结果,制定进一步的探测计划,包括钻探、地质勘探等。
五、报告撰写5.1 撰写检测报告:根据数据分析结果,撰写详细的检测报告,包括检测地点、设备使用情况、数据分析结果等。
5.2 提出建议:在检测报告中提出进一步的建议,包括地质勘探、建筑结构加固等方面的建议。
5.3 保存数据:保存检测数据和报告,以备日后参考和查证。
压制面波的波场分离法引言:面波是地震勘探中常见的一种波形,它具有能量强、传播距离远等特点,但同时也会对地震勘探的精度造成一定的影响。
因此,如何有效地压制面波成为了地震勘探中的一个重要问题。
本文将介绍一种常用的压制面波的方法——波场分离法。
一、波场分离法的原理波场分离法是一种基于波动方程的数学方法,它的基本思想是将地震记录中的总波场分解为P波和S波两个部分,从而实现对面波的压制。
具体来说,波场分离法通过对地震记录进行傅里叶变换,将时域信号转换为频域信号,然后根据波动方程的解析式,将频域信号分解为P波和S波两个部分。
最后,通过对P波和S波进行滤波,实现对面波的压制。
二、波场分离法的优点波场分离法具有以下几个优点:1. 压制效果好:波场分离法能够有效地将面波压制到较低的水平,从而提高地震勘探的精度。
2. 适用范围广:波场分离法不仅适用于地震勘探中的面波压制,还可以用于其他领域的波场分离问题。
3. 计算速度快:波场分离法的计算速度较快,可以在较短的时间内完成波场分离的过程。
三、波场分离法的应用波场分离法在地震勘探中得到了广泛的应用。
例如,在地震勘探中,波场分离法可以用于提高地震勘探的分辨率和探测深度;在地震监测中,波场分离法可以用于提高地震预警的准确性和可靠性;在地震学研究中,波场分离法可以用于分析地震波的传播特性和地球内部结构等问题。
四、波场分离法的发展趋势随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,波场分离法也在不断地发展和完善。
例如,近年来,有学者提出了一种基于深度学习的波场分离方法,该方法能够自动学习地震记录中的P波和S波特征,并实现对面波的快速压制。
此外,还有学者提出了一种基于多分辨率分析的波场分离方法,该方法能够在不同的频率范围内对地震记录进行分解,从而实现对不同频率范围内的面波的压制。
结论:波场分离法是一种常用的压制面波的方法,它具有压制效果好、适用范围广、计算速度快等优点。
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,波场分离法也在不断地发展和完善,将为地震勘探和地震学研究提供更加精确和可靠的工具。
面波仪原理
在物理学的海洋中,面波仪是一个重要的测量工具,它能够捕捉并分析地震波在地表传播时的行为。
面波仪的原理,简单来说,就是利用地震波在地表传播的特性,通过精密的传感器和复杂的算法,来探测和记录地震波的传播过程。
首先,让我们来了解一下面波仪的基本构造。
面波仪通常由三部分组成:传感器、数据采集系统和数据处理系统。
传感器负责捕捉地震波的微弱信号,数据采集系统则负责将这些信号转化为可处理的数据,最后,数据处理系统通过一系列复杂的算法,将这些数据转化为有价值的地震信息。
面波仪的工作原理,依赖于地震波在地表传播的特性。
当地震发生时,地震波会以复杂的方式在地表传播,形成面波。
面波仪通过高精度的传感器,能够捕捉到这些微弱的面波信号。
这些信号随后被数据采集系统转化为数字信号,进一步被数据处理系统分析。
面波仪的应用广泛,对于地震监测、地质勘探、矿产资源评估等领域都有着重要的价值。
通过面波仪,科学家们可以深入了解地下结构,预测地震活动,评估地质灾害的风险,甚至寻找矿产资源。
总的来说,面波仪是一种高科技的测量工具,它的出现大大提升了我们对地球的认知。
在未来,随着科技的进步,面波仪的性能和精度将会进一步提高,它的应用领域也将会更加广泛。
面波法检测实施细则一、引言面波法检测是一种非破坏性试验方法,用于评估地下结构的质量和完整性。
本文旨在制定面波法检测的实施细则,以确保检测工作的准确性、可靠性和一致性。
二、适用范围本细则适用于使用面波法进行地下结构检测的工程项目,包括但不限于建筑物、桥梁、隧道、管道等。
三、术语和定义1. 面波法:一种利用地震波在地下结构中传播的特性来评估结构质量和完整性的方法。
2. 面波速度:地下结构中地震波传播的速度。
3. 面波频率:地震波在地下结构中传播的频率。
4. 面波幅值:地震波在地下结构中的振幅。
四、设备和材料1. 面波仪器:确保面波仪器符合相关标准,并经过校准和测试。
2. 传感器:选择合适的传感器,能够准确测量地震波的传播。
3. 计算机和软件:用于数据采集、处理和分析的计算机和软件。
五、检测准备1. 确定检测区域:根据工程项目需求,确定需要进行面波法检测的地下结构区域。
2. 准备工作:清理检测区域,确保表面平整、干燥,并清除任何可能影响检测结果的障碍物。
3. 安装传感器:根据仪器使用说明,正确安装传感器,并确保其与仪器连接良好。
4. 仪器校准:根据仪器使用说明,进行仪器的校准和调试工作。
六、检测步骤1. 数据采集:打开面波仪器,根据仪器使用说明,进行数据采集。
确保采集到足够的数据量,以获得准确的结果。
2. 数据处理:使用相应的软件对采集到的数据进行处理,包括滤波、去噪和校正等步骤。
3. 面波速度计算:根据处理后的数据,计算出地下结构中的面波速度。
可以采用不同的算法和方法进行计算,以获得更准确的结果。
4. 面波频率计算:根据面波速度和采集到的数据,计算出地下结构中的面波频率。
同样,可以采用不同的算法和方法进行计算。
5. 结果分析:根据计算得到的面波速度和频率,对地下结构的质量和完整性进行评估和分析。
可以与设计要求进行对比,以确定是否存在问题或潜在风险。
七、数据报告1. 报告内容:报告应包括检测区域的位置、检测日期和时间、采集到的数据、处理结果、面波速度和频率计算结果、评估和分析结果等内容。
面波法检测实施细则面波法是一种非破坏性检测技术,广泛应用于地质勘探、建造结构检测等领域。
面波法检测实施细则是指在进行面波法检测时应该遵循的一系列规定和步骤,以确保检测结果的准确性和可靠性。
本文将从面波法检测的原理、仪器设备、实施步骤、数据处理和解释等方面进行详细介绍。
一、面波法检测原理1.1 面波法是通过记录地表上的地震波信号来获取地下介质的信息。
1.2 面波法利用地表上的地震波信号的传播速度和频率特性来判断地下介质的性质。
1.3 面波法检测原理基于地震波在地下不同介质中传播速度不同的特点。
二、面波法检测仪器设备2.1 面波法检测通常使用地震勘探仪器和传感器。
2.2 地震勘探仪器可以记录地表上的地震波信号,并将数据传输到计算机进行处理。
2.3 传感器用于测量地面振动信号,以获取地下介质的信息。
三、面波法检测实施步骤3.1 确定检测区域,并进行地质勘察。
3.2 铺设传感器网格,保证传感器之间的间距均匀。
3.3 开始记录地震波信号,并进行数据采集。
四、面波法数据处理4.1 对采集到的地震波信号进行滤波处理,去除干扰信号。
4.2 进行速度分析,计算地下介质的速度剖面。
4.3 利用反演算法,将速度剖面转换为地下介质的结构模型。
五、面波法数据解释5.1 根据地下介质的速度剖面和结构模型,解释地下介质的性质。
5.2 结合地质勘察和其他地球物理方法的结果,对地下介质进行综合解释。
5.3 提出地下介质的结构特征和可能存在的问题,为后续工程设计和施工提供参考。
综上所述,面波法检测实施细则包括了检测原理、仪器设备、实施步骤、数据处理和解释等方面的内容。
在实施面波法检测时,应该严格按照规定的步骤和要求进行操作,以确保检测结果的准确性和可靠性。
希翼本文能够匡助读者更好地了解面波法检测,并在实际工作中得到应用。
地震面波施工措施概述地震面波是地震波中一种重要的波动形式,具有较强的破坏性。
在工程施工过程中,地震面波的影响应引起重视。
本文档将介绍地震面波施工措施的相关内容。
1. 地震面波的特点地震面波是指地震波在地表传播时,因介质变化导致波速发生变化而形成的一种特殊波动形式。
地震面波具有以下几个主要特点:•波速较低:地震面波的波速相对较低,一般在几十至几百米/秒之间,比较接近地表材料的波速。
•波长较长:地震面波的波长相对较长,一般在几百米至几千米之间。
•振幅较大:地震面波的振幅较大,震级越高,振幅越大。
2. 地震面波对施工的影响地震面波对施工工程具有一定的影响,主要体现在以下几个方面:•地基沉降:地震面波的振动会引起地基的沉降,对工程的稳定性造成影响。
•地表震动:地震面波的振动会引起地表的震动,导致工程设施的损坏或破坏。
•振动传播:地震面波的振动会沿着地表传播,并影响附近的其他建筑物或设施。
3. 地震面波施工措施为减小地震面波对施工工程的影响,需要采取一系列合理的施工措施。
下面介绍几种常见的地震面波施工措施:3.1 结构设计措施在工程的结构设计中,可以采取一些措施来增加结构的抗震性能,减小地震面波对工程的影响。
例如:•采用合理的结构形式,如框架结构、剪力墙结构等,增加结构的稳定性。
•采用适当的结构材料,如高强度钢材、高强度混凝土等,提高结构的抗震能力。
•针对地震面波引起的地基沉降问题,可以采用地基处理方式,如加固地基、改善地基土质等。
•增加结构的耐震设防水平,提高结构的抗震能力。
3.2 施工工艺措施在施工过程中,可以采取一些工艺措施来减小地震面波的影响。
例如:•施工中避免振动源:尽量避免在施工现场附近使用振动源,如振动机械、爆破等,以减小地震面波的产生。
•控制施工振动:合理控制施工振动的幅度和频率,避免产生过大的振动对周围环境造成破坏。
•合理调整施工工艺:根据地震面波的特点,采取合理的施工工艺,如合理安排施工节点、减少临时施工设备的使用等。
剪切波换算面波-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以从以下方面展开:剪切波是地震波中的一种波动形式,具有重要的地球物理意义和应用价值。
面波则是地震波中的另一种波型,具有独特的传播特点和广泛的应用领域。
本文将探讨剪切波与面波之间的关系,重点介绍剪切波换算为面波的方法和意义。
在地震波传播过程中,剪切波是一种横向波,其振动方向与波传播方向垂直。
相比起纵向波(例如纵波和压力波),剪切波在地下介质中的传播速度较慢,衰减较快,波长较短。
它主要通过作用于介质的剪切力来传播,因此得名为剪切波。
剪切波在地震学、地球物理学和地质勘探中发挥着重要的作用,被广泛应用于地震勘探、地下结构识别和地震灾害研究等领域。
面波是一类介于体波和界面波之间的波动形式,包括Rayleigh波和Love波。
其中,Rayleigh波是一种地震波的表面波,其振动轨迹为椭圆形,同时具有类似剪切波和压力波的性质。
Love波则是另一种地震波的表面波,其振动方向只与水平方向有关,与垂直方向无关。
面波在地震学、地质学和工程地震领域有着广泛的应用,主要用于勘探地下结构、评估地震风险和工程设计等方面。
剪切波与面波之间存在着密切而复杂的关系。
在波动理论中,可以通过一系列数学方法将剪切波转换为面波,从而实现波形的转换和分析。
剪切波换算为面波的方法和意义在地震学和地球物理学中具有重要的研究价值和实际应用意义。
通过剪切波换算面波,可以探索地下结构、研究地震波传播特性、评估地震风险以及解决工程地震等问题。
本文将在后续章节中详细介绍剪切波和面波的定义、特点及其在地球物理学和地震学中的应用。
同时,将重点阐述剪切波换算为面波的方法和意义,以期为相关领域研究人员提供参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容为:文章结构部分旨在介绍本篇论文的整体组织结构,以便读者能够清晰地了解文章的内容安排和逻辑顺序。
本文主要包含以下几个部分:1. 引言:在这一部分中,将对研究主题进行概述,简要介绍剪切波换算面波的背景和意义,引发读者的兴趣,并解释本文的目的和重要性。
地震波频率划分
地震波的频率划分主要根据其传播方式和速度,分为纵波(P波)、横波(S 波)以及面波(L波)。
具体如下:
1. 纵波(P波):纵波又称为压缩波或初至波,是地震波中速度最快的波,频率范围广,可以在固体、液体或气体中传播。
在地震记录图中,P波通常是最先到达的波,其粒子振动方向与波的传播方向相同。
2. 横波(S波):横波也被称为剪力波或次至波,其传播速度比P波慢,只能在固体中传播,无法通过液体。
横波的粒子振动方向垂直于波的传播方向,通常在P波之后到达地震站。
3. 面波(L波):面波是在地表附近传播的波,速度较慢,但携带较大的能量,因此破坏力较强。
面波包括Love波和Rayleigh波,其中Love波仅在地表水平方向上振动,而Rayleigh波则包含垂直和水平方向的振动。
此外,地震波的频率还可以分为低频和高频,低频震源的研究是勘探地震中的一个重要方面,而人工地震激发的地震波频率范围一般在2-90Hz之间。
在地震数值模拟中,震源子波的主频一般在6-50Hz范围内。
总的来说,地震波的频率划分对于地震学的研究具有重要意义,它帮助我们更好地理解地震波的传播特性以及地球内部结构。
通过分析不同频率的地震波,科学家可以推断出地震的深度、位置以及地壳和地幔的性质。
面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法,具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点,已在许多领域得到应用,并取得了良好的应用效果。
文章介绍了面波勘探技术的发展概况、探测原理、主要特点及其野外测试方法,对其应用范围及目前存在的问题作了说明,并给出一个应用实例。
关键词:瑞利面波地震勘探瞬态法频散曲线1 前言面波勘探,也称弹性波频率测深,是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。
面波分为瑞利波(R波)和拉夫波(L波),而R波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低,容易识别也易于测量,所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。
人们根据激振震源的不同,又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。
它们的测试原理是相同的,只是产生面波的震源不同罢了。
1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来检测岩土的各种弹性力学参数。
1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法,但由于当时技术条件的限制,均未获得成功。
70年代初美国F·K·Chang等人利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题,并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Explorati on”(瞬态面波在浅层勘探中的应用)论文,报道了有关的研究成果。
在稳态方面,直到80年代初,日本的VIC株式会社经过多年的研究试制,推出了GR-810佐藤式全自动地下勘探机,才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。
通过几年的实践和初步研究,R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下几个方面:⑴查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分;⑵对岩土体的物理力学参数进行原位测试;⑶工业与民用建筑的地基基础勘察;⑷地下管道及埋藏物的探测;⑸地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测;⑹软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别;⑺公路、机场跑道质量的无损检测;⑻江河、水库大坝(堤)中软弱夹层的探测和加固效果评价等;⑼场地土类别划分及滑坡调查等;⑽断层及其它构造带的测定与追踪等。
2 勘探原理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,它是一种地滚波。
弹性波理论分析表明,在层状介质中,拉夫波是由SH 波与P波干涉而形成,而瑞利波是由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波作为勘探方法,其信噪比会大大提高。
综合分析表明R波具有如下特点:⑴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;⑵在不均匀介质中R波相速度(VR)具有频散特性,此点是面波勘探的理论基础;⑶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,其相关式为:VR=VS·(0.87+1.12μ)/(1+μ);式中:μ为泊松比;此关系奠定了R波在测定岩土体物理力学参数中的应用;⑷ R波在多道接受中具有很好的直线性,即一致的波震同相轴;⑸质点运动轨迹为逆转椭圆,且在垂直平面内运动;⑹ R波是沿地表传播的,且其能量主要集中在距地表一个波长(λR)尺度范围内。
依据上述特性,通过测定不同频率的面波速度VR,即可了解地下地质构造的有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。
3 野外工作方法应用瞬态法进行现场测试时一般采用多道检波器接收,以利于面波的对比和分析。
当锤子或落重在地表产生一瞬态激振力时,就可以产生一个宽频带的R波,这些不同频率的R波相互迭加,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形振动信号后,经数据采集,频谱分析后,把各个频率的R波分离出来,并求得相应的VR值,进而绘制面波频散曲线。
当选取两道检波数据进行反演处理时,应使两检波器接收到的信号具有足够的相位差,其间距△x应满足(λR/3)~λR,即在一个波长内采样点数要小于在间距△x内的采样点数的3倍,而大于在间距△x内的采样点数的1倍,该采集滤波原则对于不同的勘探深度及仪器分辨率和场地地层特性可作适当调整。
当采用多道检波数据进行反演处理时,虽然不受道间距公式的约束,但野外数据采集时也应考虑勘探深度和场地条件的影响。
一般来说,当探测较浅部的地层介质特性时,易采用小的△x值并用小锤作震源以产生较强的高频信号,即可获得较好的结果;当探测较深部的地层介质特性时,易采用较大的△x值,并用重锤冲击地面,以产生较低频率的信号,使其能反映地下更深处的介质信息,达到岩土工程勘察之目的。
震源点的偏移距从理论上讲越大越好,且易采用两端对称激发,有利于R波的对比、分辨和识别,但偏移距增大就要求震源能量加大和仪器性能的改善。
一般来说,偏移距应根据试验结果选取。
就目前的仪器设备条件和反演技术水平,选用偏移距20~40m即可获得较好的测试结果。
由多道检波数据反演处理后可得一条频散曲线,一般把它作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结果,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,以使解释结果更具客观实际。
4 工程应用西部大开发十大项目之一的黄河沙坡头水利枢纽位于黄河上游干流上,上距待建的大柳树坝址12.1km,下距青铜峡水电站122km,行政隶属宁夏回族自治区中卫县。
主要建筑物由主坝和副坝两部分组成,其中主坝拟选坝型为混凝土闸坝,最大坝高39.93m,坝长358.5m;副坝布置在黄河左岸Ⅰ级阶地,拟建坝型为土石坝,坝高5m左右,坝长约1.5km。
测区地层岩性由上至下依次为:①覆盖层由全新统风积砂壤土、粉细纱和全新统冲洪积砂卵砾石组成;②下伏基岩由棕红色、紫红色砂质粘土岩组成,局部夹有砾岩。
为探测覆盖层厚度并进行地层划分,采用瞬态面波进行勘探。
实测使用美国R24工程地震仪和4Hz低频检波器。
室内数据处理使用SFKSWS软件,其流程为:输入面波记录文件→显示和检查实测曲线数据→圈定面波数据窗口→在F—K域搜索确定基阶面波频谱峰脊并拾取频散数据→按搜索确定的基阶面波频谱峰脊圈定出基阶面波频谱范围→生成面波频散曲线→地质分层(人工或自动)→绘制反演拟合曲线→打印输出结果。
R波在非均匀介质中传播具有频散特性,所以不同频率(波长)的R波具有不同的传播速度。
模型试验和实测结果表明,当探测的岩土层介质较为均一时,R波的相速度随深度的加大而按线性增加,只有出现不同介质的分界面时,频散曲线会出现一个所谓“Z”字型变化,该变化特征是由于地表接收到的波从上一层漏能型波转入下一层漏能型面波,且此转折点与两介质间的界面埋深有密切的关系,由此可依据实测频散曲线的“Z”字型变化点来划分地下岩性变化的分界面。
面波频散曲线解释成果与钻探结果对比为实测面波反演解释结果,其中右侧为随深度变化的面波频散曲线,左侧为钻探揭露的地层柱状图,其层位的划分具有良好的一致性,即表层风积粉细砂—中部砂卵砾石层—下部基岩。
同时由图还可以得出:表层风积砂的瑞利波速度为150~250m/s,冲洪积砂卵砾石的瑞利波速度为300~400m/s,而下伏基岩(棕红色、紫红色砂质粘土岩、砾岩等)的瑞利波速度则为440~760m/s,说明瑞利波(剪切波)速度随深度的增加而升高。
5 存在问题虽然面波探测技术在工程中的应用已很广泛,但实际工作中还存在以下问题:⑴关于实测面波频散曲线的“Z”字型现象,从理论模型的解析中还不能精确地解释此现象。
因为理论的频散曲线,在介质分界面处只出现折点,对此还需深入研究和数值模拟计算;⑵对于面波勘探深度的确定,目前国内外大多采用半波长作为R波的勘探深度,此关系是一经验公式,但在实际工作中,应根据场地地质条件、探测对象以及孔旁测试对比结果等作适当调整;⑶测试深度相对较浅,一般情况下可靠的测量深度为20~30m,最深不过50~60m。
当测试深度加大时,震源信号就必须具有足够的低频信号,目前尚难满足此要求。
由于低频时的R波值很少,使得下部频散曲线的点相对稀少,所以对解释精度影响较大。
就该问题笔者建议由原来的算术坐标系改为波长为对数的单对数坐标系,可使低频段频散点稀少问题得以改观。
⑷根据不同的勘测目的和要求,对产生R波的震源需作必要的改进和研究,以适应勘察的需要。
如用锤子作震源时其低频值为10~20Hz左右,而用砂袋作震源时低频值为3~10Hz左右。
面波勘探作为一种新的浅层地球物理勘探方法,具有简便、快速、经济、分辨率高、适用场地小、应用范围广等优点,但对面波勘探理论的研究以及实际应用等有待进一步的深入和开拓,使之在生产实践中不断总结、完善和提高。
参考文献⑴杨成林等《瑞雷波勘探》北京:地质出版社1993年⑵胡钧等《岩土工程瑞利波勘探新进展》《上海地质》1996年No.2⑶刘康和《面波探测技术综述》《电力勘测》1997年No.2⑷ Barbara A. Luke, et al.《Application of SASW Method Underwater》《JOURNAL OF GEOTECHNICAL and GEOENVIRONMENTAL ENGINEERING》1998 No.6。
⑸V ahid Ganji, et al. 《Automated Inversion Procedure for Spectral Analysis of Surface Waves》《JOURNAL OF GEOTECHNICAL and GEOENVIRONMENTAL ENGINEERING》1998 No.8。