土木工程微动勘测技术的运用论文.doc

土木工程微动勘测技术的运用论文 摘要:介绍了微动勘探技术的形成和发展历程根据微动勘探的原理从陈列设计与观测、FK法、自相关法等方面阐述了微动勘测技术在土木工程中的应用指出微动勘探方法具有勘测精度高、所需设备简单、造价低等优点 关键词:微动勘探技术土木工程观测点地震仪 近年来城市建设的进程日益加快通常需要结合地表地下结构数据比如大型建筑场所在勘探地质过程中需要了解土层构成需要勘探场地上有没有软土层;在城市活动断层分析过程中需要对断层断点处的地理方位进行识别等要完成这些任务往往要在场地摆置非常多的钻井同时抽取岩芯进行研究;而钻孔存在着资金成本高、时间长等弊端而微动勘探方法就非常好地解决了这些问题微动勘探方法利用提取所测场的土层变化曲线通过这些曲线反演来计算出土层速度和土层结构因为该方法主要是通过地下横波速度构成来分析场地构成的所以在测试场地中有低速土层等在识别这些土层的详细方位时非常精确 1微动勘探技术的形成和发展 在土木工程领域因为利用PS波来测井这种方式存在着成本高、周期长等缺点除此之外利用反射法勘查地质构成这一方法还存在着其技术要求比较严格对环境破坏性大等问题在这种形势下一种新型的勘探方式出现了微动勘探技术该方法通过指定的检波器指定的观测台阵获得这种来自地球的微动信号接下来通过数据提取来分析面波信号然后利用反演获得地下横波组织结构 2微动勘探原理 21微动勘探原理 地球表面每时每刻都存在着人类不易觉察的震动我们称之为微动微动信号并非人为其源自于大自然和人类活动比如天气变化或者潮涨潮汐等而人类活动主要包括机车、生产活动等其频率往往超出了1Hz微动并没有既定的震源震动波主要是取决于测试点的周围从而勘探出跟地球相关的有用资讯微动勘探方法通过指定的仪器指定的观测台阵来获取来自地球的微动波接下来通过计算方法来得出面波信号利用反演方式得出横波速度从而实现对地质构成的勘探 22微动勘探技术方法 微动是通过体波(P波与S波)与面波(瑞利波与拉夫波)构成的复杂震动同时面波的能量占整个信号能量的60%以上即使微动信号的震动幅度和震动频率并不遵循一定的规律可是通过指定的地理范围能计算出其平稳特征利用时间与地理上的平稳随机环节来证明微动勘探方法利用平稳随机环节作为数据参考通过微动信号来提取频散曲线然后利用频散曲线的反演方式来计算出地下成分的横波速度从而达到勘察目的 3微动勘探技术在土木工程领域的使用详情 31阵列设计与观测 微动勘探是基于阵列设计和阵列形状的目前地质结构信息比较丰富在一定程度上可以事先估算出地下结构按照感度分析法完成定量策划假如地质信息不足不能事先估算出地质构成可以通过跟勘探长短相同的阵列长度在通常情况下会通过二重正三角形即同一个圆心位置放置地震仪同时在两个同心圆里面分别摆放三个地震仪微动勘探利用地震仪的宽频带特点因此需要地震仪有着非常高的统一性一般情况下地震仪的统一性需要高出09微动勘探过程中每个机器都是独自运行的为了使每个观测点同步进行日本国家普遍会通过卫星标准信号来对仪器的精确度进行验证和调校 32FK法 现如今FK法与相关法在微动勘探技术中比较常用FK法在20世纪60年代的时候形成在20世纪60年代美国为了实现对其他国家核武器的监督和控制其地震观测网的直径超出了400km为了获得核武器基地所发出的信号美国研发了FK从此该方法就形成了并且在土木工程领域得到了广泛的应用 33自相关法 自相关法利用定义而得出假如在空间领域微动信号符合随机过程除此之外微动中所有占优波形成一个面波震动假如满足以上条件那么圆形观测矩阵中的全部点和与中心点信号相关的函数平均值就可以计算出来不论在上述种方法中务必得出任意两点所观测到的定义交叉谱与功率谱采取的测试办法不同利用频散曲线得出的结果值也会存在一定差距可是总体上跟最终测试结果出入不大 34基于反演方式得出的地下横波速度 由于地质结构较为复杂一般情况下会通过地下模型来分析和研究地下构成利用该模型可以算出频散曲线值然后通过反演方法计算出地下横波速度不论工程大小其频散曲线反演方法是一样的往往利用最小二乘法可是这种方式是依托初始模型才能得出稳定实用的解这在土木工程中完成地下构成的勘测并不容易目前相关领域的专家和学者基于遗传算法发明了一种新的计算方法这种方法对最初模型的精确度要求并不高推演环节也比较可靠作为目前计算地下横波速度值的主要方法 4微动勘探方法在土木工程领域中的特征 1)土木工程领域中所需要的勘探设备比较简单往往需要勘探仪器实用性强微动勘探方法往往需要超出3个以上的地震仪器就可以进行现场勘测假如利用7个地震仪器可以摆放成同心正三角形那么仅仅需要3d左右的时间就可以实现对地下横波速度的测试2)对周围施工环境没有任何要求特别是车流量比较大的繁华街区微动勘探技术跟之前的反射法有着本质的区分微动勘探法利用信号源就可以实现勘测如果在繁华的市中心进行勘测不会影响勘测结果而且来自机动车辆的噪声还为勘测提供了大量的勘测信号3)微动勘测方法并不是主动勘测因此对四周的生态环境不会造成任何破坏作用特别是对国家生态保护区进行勘探该方法非常适用4)微动勘探方法得出的勘测结果准确性和分辨率都比较高基于微动勘探方法和钻孔方法可以制作出地下二维和三维组织模型5)基于微动勘探方法得出的地下结构和PS方法所获得值非常接近因此该方法的精确度非常高 5结语 微动勘探方法在土木工程领域中所需要的测量设施并不复杂而且资金成本