瞬態(tài)瑞雷波勘探技術(shù)

瑞雷波勘探方法是近年來發(fā)展起來的淺層地震勘探新方法。由于瑞雷波速度同剪切波速度及巖、土力學(xué)參數(shù)有著密切的關(guān)系，第三節(jié)瞬態(tài)瑞雷波勘探技術(shù)

因此在巖、土工程和地基處理方面得到廣泛的應(yīng)用。從方法上講，瑞雷波勘探有頻率域觀測的穩(wěn)態(tài)法和時(shí)間域觀測的瞬態(tài)法兩種

穩(wěn)態(tài)法應(yīng)用時(shí)間較長，方法技術(shù)也較為成熟，但缺點(diǎn)是設(shè)備笨重，不利于提高效率。瞬態(tài)法則具有輕便、快捷效率高的特點(diǎn)。所用的采集系統(tǒng)就是地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因此很快受到人們的普遍重視。一、瞬態(tài)瑞雷波勘探原理瞬態(tài)瑞雷波法是用錘擊使地面產(chǎn)生一個(gè)包含所需頻率范圍的假設(shè)離震源一定距離處有一觀測點(diǎn)A，記錄到的瑞雷波是f1(t)，根據(jù)傅里葉變換，其頻譜為在波的前進(jìn)方向上與A點(diǎn)相距為x的觀測點(diǎn)B同樣也記錄到時(shí)間信號(hào)f2(t)，其頻譜是若波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)，它們之間的變化完全是頻散引起的，則應(yīng)有下列的關(guān)系式vR()是圓頻率為ω的瑞雷波的相速度。

上式也可寫成式中是F1()和F2()之間的相位差,比較式(6.3.3)和(6.4.4)可知

根據(jù)上式，只要知道A、B兩點(diǎn)間的距離x和每一頻率的相位差，就可以求出每一頻率的相速度vR().為得到勘探點(diǎn)的頻散曲線，需要對(duì)兩觀測點(diǎn)的記錄作相干函數(shù)和互功率譜的分析。作相干函數(shù)的目的是對(duì)記錄信號(hào)的各個(gè)頻率成分的質(zhì)量作出估計(jì)，并判斷噪聲干擾對(duì)有效信號(hào)的影響程度。

作互功率譜的目的是利用互功率譜的相位特性求出這兩個(gè)觀察點(diǎn)在各個(gè)不同頻率時(shí)的相位差，再利用(6.3.5)式求出相速度，當(dāng)我們已知頻率為f的瑞雷波速度vR后，其相應(yīng)的波長為R

R=vR/f(6.3.6)

瑞雷波的能量主要集中在介質(zhì)的自由表面附近，其深度大體在一個(gè)波長深度范圍內(nèi)，由半波長理論，所測量的瑞雷波的平均波速vR可以認(rèn)為是半波長深度處介質(zhì)的平均彈性性質(zhì)，即勘探深度是H=R/2=vR/2f(6.3.7)由(6.3.7)可知，頻率越高，波長R越短，勘探深度越小;反之，頻率越低，波長R越長，勘探深度越大。因此兩個(gè)觀測點(diǎn)之間的距離也要隨著波長的改變而改變。對(duì)于勘探較深的低頻而言，x要大，才能測到較為正確的相位。對(duì)于勘探較淺的高頻來說，x要小。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，x取1/3R-2R間較為合適，即在一個(gè)波長內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，要小于在間距x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的三倍，大于在x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的0.5倍。這個(gè)濾波準(zhǔn)則要針對(duì)不同的儀器分辨率和場地的實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整根據(jù)以上討論，同一波長的瑞雷波傳播特征反映了地質(zhì)體水平方向的變化情況，不同波長的瑞雷波傳播特性反映了不同深度地質(zhì)體的變化情況實(shí)際工作中，為了提高效率。瑞雷波勘探時(shí)，在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距x設(shè)置N+l個(gè)檢波器,

我們就可以檢測到Nx長度范圍內(nèi)瑞雷波的傳播特征。對(duì)于頻率為fi的頻率分量，進(jìn)行互譜分析時(shí)，計(jì)算相鄰檢波器記錄的相移i，則相鄰道x長度內(nèi)瑞雷波的傳播速度，在滿足空間采樣定理的條件下，測量范圍Nx內(nèi)的在同一測點(diǎn)對(duì)一系列頻率fi求取相應(yīng)的vRi值，就可以得到一條vR-f典線，即頻散曲線。平均波速為根據(jù)(6.3.6)式，可將vR-f曲線轉(zhuǎn)換為vR-R曲線，vR-R曲線反映出該測點(diǎn)介質(zhì)深上的變化規(guī)律。沿測線不同點(diǎn)的vR-R曲線則反映了介質(zhì)沿剖面方向上的變化特征

瞬態(tài)面波法的震源可以采用錘擊、落重、爆炸等方式。激振力較小時(shí)脈沖面波的主頻率較高。檢波器安置在地面作為拾取介質(zhì)振動(dòng)的傳感器。面波勘探所用檢波器頻率范圍很寬，可以從數(shù)赫茲到數(shù)千赫茲。。

二、瞬態(tài)瑞雷波法資料采集系統(tǒng)目前國內(nèi)外生產(chǎn)的檢波器類型較多，面波測試時(shí)，可從固有頻率為4.5、8、10、15、28等檢波器中選擇使用，瞬態(tài)面波一般使用固有頻率較低的檢波器檢波器接收到的基本是瑞雷波的垂直分量。瞬態(tài)沖擊激發(fā)的面波可以看作許多單頻諧振的疊加，因而記錄到的波形也是諧波疊加的結(jié)果，呈脈沖型的面波。為了獲得對(duì)應(yīng)于不同深度的波速，要求震源產(chǎn)生的頻率范圍要寬，測試賺淺層但時(shí)用勵(lì)小錘外或較挖輕的薪鐵塊章錘擊動(dòng)地面豬獲得近高頻禽信號(hào)軟，并值采用航小的留道間拉距接色收。候測試損深度姨大時(shí)給則相湖反。地震循波主食頻f0與落肥重法煎的重施塊質(zhì)割量M盼和重禮塊底黨面積警的半渣徑r0的關(guān)遼系為泡:其中為切殖變模晉量，為泊蘭松比雜。瞬態(tài)館面波辨法也還可以腸利用矩儀器肺的信侵號(hào)增斗強(qiáng)功左能，丹進(jìn)行車垂直流疊加繩，以撲達(dá)到憂增強(qiáng)責(zé)有效噸信號(hào)勺壓制撒干擾郵的目踢的。瞬態(tài)氣法由御于采夕用一儲(chǔ)次激較發(fā)多牙道接薦收，抵可將賴不同捧間距紋的相須速度股波長貝數(shù)據(jù)終組合牽，得欺到波梁速與偵波長聚關(guān)系鋤的瑞吊雷波聲頻散獵曲線噸。與約穩(wěn)態(tài)騾法相伏比可砌大大宰提高工工作雄效率。資料吼處理鴉工作丸主要停包括渣:對(duì)蒼原始伐記錄選的整導(dǎo)理和判評(píng)價(jià)柄，提紗高信村號(hào)質(zhì)沉量的息處理狡，面宰波速籠度的脊計(jì)算撲和結(jié)轉(zhuǎn)果的妥輸出句。頻率避濾波侍是數(shù)讓據(jù)處牲理中遮最常狗見的串處理瓦手段思，它貸可以乳消除末各種瓜干擾串。三、輕瞬態(tài)慣瑞雷缸波法根資料權(quán)處理對(duì)于讓淺層絮勘探怖，保傷留高腥頻成適分，士對(duì)于勤較深哨目的升層保倆留低澡頻成鑰分。多對(duì)于慈中等險(xiǎn)深度論勘探撫，要麗合理堅(jiān)選擇床通頻鄰帶，畜以降巴低干塘擾，呼使資啦料質(zhì)稍量得碼到改燥善，率并最遮終減繳小對(duì)低頻散汁曲線攏的影樸響。切除伙處理受可以螞把直撈達(dá)波患和折雄射波徹等部加分地援消除殊，從桌而保鍋留下飲來較欣純的飲面波聽，切術(shù)除以霞后可河以大窄大改陰善頻謊散曲環(huán)線的充計(jì)算得結(jié)果侮。能量額衰減擺也是象一種頭數(shù)據(jù)秤處理救手段毀，它蠢可以甲對(duì)一非定時(shí)伶窗內(nèi)捉的地竊震波罰進(jìn)行泉能量抱衰減撒控制任。由施于地帆震記占錄中餡面波魔能量耐最強(qiáng)鋤，因恒此增菌益處愧理以受后，懶可以雙使相詢對(duì)較這弱的守反射虎波、柄直達(dá)討波等阻幅值柏減小晃，使踩其在扯計(jì)算徐頻散欄曲線渠時(shí)相猶關(guān)系候數(shù)變勁小，段從而敞達(dá)到歸減少籌干擾辟的目籮的。一般犬而言諷，增奴益處若理后演計(jì)算硬的頻開散曲挖線更征加平漿滑，拖且對(duì)披深層辛目標(biāo)坐反映莫的更乖清楚筋，不勇利之酒處是找這種醬平滑門可能省會(huì)便蹦面波送勘探笑的分鎖辨率澡降低忘，并初產(chǎn)生吵低頻芽段的融低速麥假象載。經(jīng)以酬上對(duì)任原始表記錄細(xì)的整茄理和班處理反后，您需要耕確定郊面波架速度秧vR。由熔式似(6袖.3鈴.5道)，度首先奇確定側(cè)兩接殖收點(diǎn)桑間的塵相位貍差.因尊此就既要對(duì)痛兩觀須測點(diǎn)巾的記緊錄作世互功府率譜哀的分晨析。如果肅兩觀唐測點(diǎn)利的時(shí)騙域記括錄為父f1(t胡)和伙f2(t途)，遇其頻鎮(zhèn)譜分舒別為郊F1()和蠢F2()的際自功液率譜興可分派別表胳示為恒：其中維的F1*(攏f)武和F2*(鄙f)身為F1(f忌)和斥F2(f列)的脊復(fù)共座扼譜巨。f1(t輛)和輩f(xié)2(t物)的蜜互功傳率譜蘇為可見有互功翅率譜執(zhí)中的痕相位咳譜反旺映了丟包含毛在面笑波中于的相平應(yīng)單賀頻波培的相后位差持.在互材功率旦譜函玩數(shù)中倒，并準(zhǔn)非對(duì)咳所有代頻率耽成分航都有知效，揮衡量拍某頻剖率成閉分是佛否有話效的哲方法病是用諸相干界函數(shù)轎，即檢犁測面和波由刃測點(diǎn)周A向綿測點(diǎn)屯B傳洋播時(shí)昆，是誓否有淹良好短的相筋干性梳。定冶義相秤干函黨數(shù)上式橋中G卷(f桿)的忠模應(yīng)科恒為絞1，柏可通羽過G紹(f謊)的教實(shí)部則進(jìn)行耳相干廳性評(píng)狗價(jià)。繼如果累在傳寧播過嬌程中偏系統(tǒng)捎是理圾想的腔，則伐該頻客段內(nèi)結(jié)G駕(f璃)的同實(shí)部廉絕對(duì)逃值應(yīng)庭接近牲1，跟若由烏于干弊擾和威系統(tǒng)蕉的非雄線性拳使信緣瑞號(hào)的維質(zhì)量踐下降莖，G濾(f對(duì))實(shí)在部的助絕對(duì)磨值將惑下降攀。一般兄選擇稅其值肥大于盆0.播8的筆頻段梳計(jì)算癥互功亡率譜介。求取序面波準(zhǔn)在二幻玉接收臘點(diǎn)間草傳播住的相挽位差深，并肯利用耕公式著計(jì)算夕波速躬。選丙擇新基的頻準(zhǔn)率值橋并重置復(fù)上腫述步著驟計(jì)造算，俘得VR-f脹或vR-曲線繁，即休頻散搬曲線模。圖橡6.幕3-障1是陶瑞雷給波速系度vR-和vR-H強(qiáng)分布松曲線慈。圖息中遷vR曲線鹿是應(yīng)憶用半秘波長而轉(zhuǎn)換咳法繪定出的圈，即近波長幣為的面把波速飽度代塑表半茅個(gè)波約長深榜度以壞上的悲介質(zhì)停中的斑平均貞值。四、群瞬態(tài)椅瑞雷則波資片料的燭解釋更與應(yīng)爸用瑞雷留波速發(fā)度資婦料包麗含著抖地下禮介質(zhì)捉的結(jié)細(xì)構(gòu)與跨特性管信息骨，在束對(duì)巖題、土匹體地臥質(zhì)特晌性的蘇研究點(diǎn)和工冬程與進(jìn)環(huán)境殺的檢就測與蔑監(jiān)測開中得各到廣艦泛應(yīng)徒用。頻點(diǎn)懂很密噴(拐頻率壓值的瓶變化挪步長鏟很小象)的狂速度竭曲線泰，其穿含義音雖然鍬與層栗速度件不同攜，但設(shè)比較氧各頻敲點(diǎn)速絡(luò)度值醋的展走布規(guī)孫律，蕩可以乳看到爽速度好曲線祝突變?cè)Ｌ幍脑缟疃却?duì)應(yīng)鈔于介朋質(zhì)的慌界面棕深度爽。理宜論和畏實(shí)踐喊都表授明，嗓曲線識(shí)上"獸之"剃字型射(鎮(zhèn)鋸齒已狀)秒異常雖反映領(lǐng)地下咳介質(zhì)男的分重界面子，如桂圖6地.3繡-1伴所示梁。(一仇)頻殃散曲展線的凳解釋僑及層始速度夏的計(jì)鞭算圖6興.3其-1賽瑞雷你波法呆的速頂度曲吧線如果掘把面痰波的于平均李速度泛曲線西轉(zhuǎn)換類成層拿速度巧與深吸度H逆的關(guān)搏系，軌解釋猜結(jié)果掉將更壓為直訓(xùn)觀。如果身速度讀曲線兆上讀搜取的疼n-怒1層津面波留平均耕速度爹及相領(lǐng)應(yīng)的遞界面害深度叔分別焦為v酬R節(jié),n蒜-1燙和H惜n-除1這,n層煙的平稱均速湯度及附相應(yīng)妄的界瓦面深私度為扔vR,厚n和Hn,并沸且平陷均速述度是蕉隨深執(zhí)度遞怒增的狂，則掠n-斃1層客至n單層之千間的欠面波控層速榴度vRi,n的計(jì)頁算公俊式為如果幸平均番速度耀隨深歲度增匹加而丟降低度時(shí)，盜則用原公式而橫用波速百度的舟測定尊較為棉復(fù)雜訊，鑒掌于面掀波與君橫波饅速度劣近似敵相等領(lǐng)，因馬此，榮各巖宮、土浪層的鑒面波榴速度票換算肚為橫孔波速寶度懸，即恒可獲醫(yī)得地豎層的制各種字動(dòng)力圓參數(shù)同理肯，利使用面劉波與添橫波搖速度告近似顧相等反，還瞎可將色面波詢速度藝代入服(5簡.2膛.6售)式吳計(jì)算婆出地翠基的肢固有估周期各以評(píng)新價(jià)地躬基的坑振動(dòng)也特性佛。圖6醋.3劉-2快是在壁山西歪安太疫堡露路天煤圓礦的玻開挖膛平臺(tái)提上，瞬態(tài)州面波惠法取美得的懶工作四成果歷。左返圖為淡隨深括度變猶化的現(xiàn)面波炕速度傲曲線秩，右瘡圖6助.3漂-2謠為面吹波頻除散曲牙線與掘地層椅對(duì)比揚(yáng)圖。由于獵界面撇兩側(cè)貸介質(zhì)寸的速閘度參尋數(shù)差圾異較賤大，拍與速帖度變發(fā)化曲小線的龜對(duì)應(yīng)吩情況輝很好圖6貿(mào).3啊-3漢是用副SW通S多匪功能鴉面波或儀，辭采用譜落重祥震源庫探查靠露天后煤礦盈開挖東平臺(tái)痰地下短老窖手的工盆作成津果?；珗D中(a祝)為跳測點(diǎn)培下平顆均視伙速度埋曲線紅;(b溝)為貿(mào)測量親排列累中第婆一道欲檢波么點(diǎn)與厚第二潮道檢往波點(diǎn)的之間耳地層嶼的相善速度片曲線早;圖6檢.3枯-2訴面波進(jìn)頻散咱曲線棕與地傍層對(duì)娃比圖圖6餅.3瓶-3建地下陽老窯火面波學(xué)頻散細(xì)曲線(c駕)圖袋為測拘量排驢列中副第二赤道檢化波點(diǎn)猾與第花三道變檢波蝴點(diǎn)之箱間的貸相速粒度曲渡線;(d糖)圖么是測栗量排紀(jì)列中勵(lì)第三竊道與英第四假道檢恩波點(diǎn)屯之間昂的相嫂速度勢曲線倘;(e米)圖接為測惡量排股列中抽第四衛(wèi)道與百第五么道檢讀波點(diǎn)便之間奏的相懇速度垃曲線。由以混上速墊度曲分線特目征可省以確償定，扮老窖域位于栗排列爆中第鹿二道仗與第瓶三道閑檢波濤點(diǎn)之萌間的木下方嫩。礦按方據(jù)軌此布它置鉆蔑孔驗(yàn)畜證，窮在鉆坡孔的謙2興7-畏29舌m深絲式度處欣探到洗老窖領(lǐng)，與賠第三周條速探度曲按線的檔A點(diǎn)兆和B坊點(diǎn)反躺映的桿頂?shù)啄冒迳畎娑认嘧?三豆)在需工程站、環(huán)慈境檢活測與監(jiān)獨(dú)測中茅的應(yīng)占用深圳堅(jiān)市中俗興花貓園的開場地固為山逐溝填抱土整街平形當(dāng)成，彈測試仿區(qū)填償埋土愧深大萬約1錦5m原。為贈(zèng)檢測伐夯實(shí)季效果屯，深袖圳市耀地質(zhì)卡局先妹后做法了瑞及雷波跟法、辨鉆探嗽標(biāo)貫碰試驗(yàn)居和33m2大壓板板靜笨載試后驗(yàn)。瑞雷動(dòng)波測蒜試采擁用道率間距播2m鄭，偏外移距廟4m仁,3挑2k汽g重傾錘，矮1.離5m竊高自躲由下艙落激尸發(fā)，方記錄千波形闖經(jīng)計(jì)尼算機(jī)喊處理截后獲覆得如績圖雷6.槳3-構(gòu)4所毅示頻節(jié)散曲會(huì)線。該曲雅線拐提點(diǎn)清蒸晰，02m償深度侍范圍足波速嫩為2回60嫂m/雁s,36m膊波速鞠為2文20域m/館s，69m饞波速評(píng)為述22負(fù)0m雷/s令，916凳m波掃速為灶19侄020寬5m巨/s屆，解釋伯加固乘深度涌9m勸，影哨響深避度1取6m章。該第場地睬也進(jìn)唯行了烤鉆探資標(biāo)貫寒試驗(yàn)句，013英m范良圍內(nèi)瞇修正釣后的餓標(biāo)貫借擊數(shù)露為1懸4.慢826異.8侵m，罵室內(nèi)罰土工疏試驗(yàn)嗎壓縮焰模量世58M繞Pa約，內(nèi)擁摩擦滑角1鋤50做左右徐，凝乒聚力狡36垮kP浸a左野右。靜載襯試驗(yàn)逗按設(shè)脆計(jì)承液載力怠1.洗5倍姓加荷聯(lián)，實(shí)挽測承僚載力循fK=2玻50脫k脆Pa傷，變咳形模鹽量3拒4.比02妨MP榆a，駱換算是壓縮介模量佳8.住5M婚Pa礙。三種悅試驗(yàn)?zāi)w結(jié)果喘對(duì)比漂，發(fā)清現(xiàn)頻笑散曲很線反湊映強(qiáng)尋夯復(fù)幅合地況基的爺加固蓮深度線、影蛇響深礦度與嫂鉆探濕標(biāo)貫仁和靜么載荷跳試驗(yàn)匪結(jié)果筋一致秋。統(tǒng)殊計(jì)表是明，遼瑞雷京波速望與標(biāo)爆貫試優(yōu)驗(yàn)有捆較好鞋的相腰關(guān)性揉，圖戰(zhàn)6.坡3.私5是悲對(duì)8錢6個(gè)呆試件估的統(tǒng)顆計(jì)結(jié)償果，花圖中蜘N6競3.捏5為夫標(biāo)貫轟擊數(shù)掙，該攪相干抵曲線漠的相踩關(guān)系斥數(shù)為捕r=綱0.歐9圖6帝.3苗-4席瑞雷國波頻酷散曲元線圖6醫(yī).3姑-5N63掛.5-vr相關(guān)瓜曲線圖6娛.3娘-6fk-vR相關(guān)牢曲線圖6完.3猾-7誘E0-vR相關(guān)雙曲線圖6池.3檔-8僵軟土喉地基羨加固德的檢伯測理論間和實(shí)排踐都勢說明飲，地盜基土困密實(shí)寸較硬磨時(shí)，子標(biāo)貫堵?lián)魯?shù)塵N值狀較高丹，波咸速也籍較高窩;反顯之N璃值較頓低，父vR也較徑低。淹當(dāng)?shù)啬z基土稻含一萄定量軌的填核石時(shí)潮，N味值離游散性驢較大暮，vR代表胡一種勸整體高平均坊效應(yīng)萌。，顯然渠當(dāng)填擁石太致多時(shí)易，面蝕波法像比標(biāo)珍貫試騰驗(yàn)有橫更大痕的優(yōu)嶺越性圍。由遲場地茶瑞雷捏波速夠與地策基承連載力歇的相贊關(guān)統(tǒng)辰計(jì)，廁發(fā)現(xiàn)量瑞雷某波速雪與地蔬基承之載力蕩也有煉較好月的相翼關(guān)性伐。波槽速的碎高低偷反映娃了介塘質(zhì)的晨固結(jié)鞏致密英程度圖6坦.3歷-6蛇是fK,帆--紹-vR相關(guān)敢曲線寸，統(tǒng)萬計(jì)件哄數(shù)9性4件臂，相伙關(guān)系幻玉數(shù)r柔=0付.8薦5。尾對(duì)該且曲線疑用經(jīng)啄驗(yàn)公尼式可澇表示洗為fK=2悔.7攻77寬vR0.萌79厲6相對(duì)利壓板訂試驗(yàn)慘來說示，面