工程勘察中瞬态面波勘探技术的应用.pdf

120 工程勘察中瞬态面波勘探技术的应用工程勘察中瞬态面波勘探技术的应用 任建兴 摘 要 瞬态面波勘探技术是近几年新起的一种浅层地球 物理勘探方法 已经在许多领域得到了良好的应用 尤其 是城市建设工程勘察 本文介绍了瞬态面波勘探技术的基 本概况 对其在当前工程勘察中的应用进行了说明 关键词 瞬态面波勘探 城市建设 工程勘察 瞬态面波勘探是近年来快速发展的一种新型实 用物探方法 具有勘探精度高 速度快 成果直观 适用场地小等优点 在城市建设工程勘查中得到了 广泛的应用 一 瞬态面波勘探技术的基本概况 1 勘探技术原理 面波与地震勘探中的纵波 P 波 和横波 S 波 不同 是一种特殊的地震波 是弹性波频率探测 面波分为瑞利波 R 波 和拉夫波 L 波 弹性波 理论分析表明 在层状介质中 瑞利波 R 波 是 由 SV 垂直方向 S 波 与 P 波反应干涉形成的 而 拉夫波 L 波 是由 SH 波 水平方向 S 波 与 P 波 反应干涉而形成的 R 波的能量集中在层状介质自 由表面附近 因此其能量最强 振幅最大 频率最 低 极易识别和测量 所以瞬态面波勘探一般是指 瑞利波 R 波 勘探 R 波依附地表层传播 形成圆柱状态的波阵面 其质点运动轨迹为椭圆 质点振幅随地表深度增加 而递减 当深度逐渐超过 1 个波长 R时 质点振幅 趋于 0 因此 当 R 波的影响深度不超过 1 个波长 R 即 R 波反应的特征基于 1 个波长 R深度范围 内的地层 在这个地层范围内 不同 R深度中的 R 波体现了不同深度中的地层状况 利用 R 波作为勘 察方法 其效果会大大提高 2 野外勘探工作方法 野外数据采集时 一般采用纵观测系统 瞬态 面波勘探在进行现场测试时 采用单边接收和多边 接收的形式 对面波进行对比分析 采用多道瞬态 面波现场探测法 根据检波器接收的信号 对产生 的数据进行频谱分析 各频率的 R 波进行系统分离 根据相关公式求出 VR的值 并绘制面波频散曲线图 目前 地震勘探理论大多是建立在平面波的假 设基础上 震源一般是球面波 只有当它与震源有 一定距离时 才能被称为平面波 因此在进行实际 勘探工作时 要选择合适的偏移距离 尽量规避干 扰源 在此基础上 要利用多道检波数据处理后得 出的频散曲线 作为偏移接受段的位置确定依据 对其进行反复操作 以保证结果的客观性 二 程勘察中瞬态面波勘探技术的应用 1 瞬态面波勘探技术在城市地下管道工程勘 察中的应用 对某小区距地面 4 m 的钢筋混凝土引水管渠为 探测试验对象 将地震测线岩垂直管道走向布置 利用瞬态面波勘探法接收相关数据和技术手段得出 瞬态面波成果图和频散曲线图 通过对成果图的观 察可发现有明显的绕射波 其弧形最高点为管顶位 置 从而判断管道的平面位置 根据频散曲线图可 知 管道埋设深度范围在 3 6 m 取其平均值表示 管道深度约 4 5 m 与实际结果基本一致 由上述具体应用可知 瞬态面波勘探技术对与 城市地下管道工程勘察的效果应用还是比较理想 的 2 瞬态面波勘探技术在城市基础工程勘探中 的应用 1 数据采集 采用 SWS 2 型面波仪和多道接收之策方法进行 数据采集 采集数据时 偏移距采用 6 m 20 m 50 m 采集点距离 2 m 采样间隔 0 5 ms 记录长度 1 024 m 面波的激发采用落重法 对浅层勘测使用 小锤 深层勘测使用大锤 每一测点均重复进行 3 4 次 选用面波能量强 受干扰程度小的记录作为 该测点的面波数据 2 数据处理 SWS 2型面波仪软件对瞬态面波数据进行处理 处理结果最终得到各测点面波速度随深度变化而变 化的频散曲线图 频散曲线图能够真实地反映测点 处面波速度随深度的变化情况和地质条件 从而对 城市基础工程建设在勘察过程中提供有效数据信 息 为城市基础工程提供了建设基础 3 结果分析 通过截取的横剖面在不同深度的对比可知 偏 移距 6 m 深度范围内不存在空洞地质 因此可断定 在此深度范围内 不会出现塌方现象 根据计算波 幅范围数据显示 偏移距 20 m 是勘察深度最小 满 足勘察要求 因此 深度在 20 m 范围内波幅没有增 大 依据波的散射和反射波同相轴错断现象 其不 存在软弱夹层及不良地质的存在 所以在城市基础 工程建设中 利用瞬态面波勘探技术对建筑的使用 安全和地基的高要求具有重大意义 3 瞬态面波勘探技术在城市湿地垃圾坑勘查 的应用 1 数据采集 以多道瞬态面波法探测原理设置数据采集参 数 24 道检波器 偏移距为 6 m 道间距为 1 m 检 波器频率为 5 Hz 采样间隔 0 5 ms 采集点数为 1 024 在地面通过锤击产生震源 分析处理得出频散 曲线图 2 数据处理 对采集数据录入 处理时间距离和频率波数域 通过地层波速反复进行综合求解频散曲线 建立相 应速度结构层 为湿地垃圾坑勘察提供有效数据信 息 保证勘察结果的准确性 3 结果分析 在深度 0 6 8 m 处 频散曲线点密度大并向右 倾斜 代表岩层速波由上往下逐渐变大 可推测为 杂填土或者房渣土 在深度 6 8 20 m 处 频散曲 线点密度适中并向右倾斜 代表岩层速波由上往下 逐渐变大 可推测为碎石填土或卵石填土 由上述实验可知 利用瞬态面波勘探技术对垃 圾地层的波速和厚度进行研究 从而推测垃圾地层 的地质特性 为城市湿地垃圾坑地质探测提供数据 参考 使垃圾坑的定位设置更加准确 4 瞬态面波勘探技术在城市水塔工程勘察中 的应用 对某地区街道拟建一个高度为 35 m 的水塔 用 瞬态面波勘探技术确定街道工程地质膨胀土的埋 深 厚度和塔基承载力 其探测结果如表 1 所示 表 1 某街道水塔塔基勘探结果 层号 层厚 土性 下界面渗 m Vs m s N63 5 击 承载力标准值 kPa m 2 1 1 5 回填土 1 5 145 2 2 6 膨胀土 4 1 156 3 123 3 1 6 粘土 5 8 164 5 3 151 4 2 5 粘土 10 9 236 13 325 5 粘土 261 15 398 表 1 中的塔基勘探数据是根据某地区住宅楼地 基开挖状况及实地探测波速变化推测得出的 数据 观测表明 地区街道基础有效深度平均为 2 3 m 可将塔基层置于 4 1 m 的粘土层上 避免膨胀土对 建筑物的损害 结合地区街道的地质情况 利用瞬 态面波勘探法提供设计参数 对于城市水塔工程的 开展具有较大意义 三 结语 综上所述 瞬态面波勘探技术在工程地质勘察 中的效果良好 能够为设计人员提供实用的物理地 质参考资料 参考文献 1 曹乐辉 左国青 陈程 等 瞬态面波勘探在建 筑地基勘察中的应用 J 工程地球物理学报 2