工程与环境—思考题

引言引言 1 1 什么是工程与环境地球物理 什么是工程与环境地球物理 答 工程与环境地球物理 是应用地球物理的一个重要分支 是利用介质的物 性差异来实现对工程与环境领域 目标体的探测 检测和监测 2 根据场的不同 应用地球物理分为哪几类 根据场的不同 应用地球物理分为哪几类 答 根据所研究的地球物理场的不同 通常课分为以下几类 以地下介质的密度差异为基础 研究重力场变化规律的方法称为重力勘探 以地下介质的磁性差异为基础 研究地磁场变化规律的方法称为磁法勘探 以地下介质的电性差异为基础 研究天然或人工电场或电磁场变化规律的方 法称为电法勘探 以地下介质的放射性差异为基础 研究辐射场变化规律的方法称为放射性勘 探 以地下介质的导热性和地下热能分布为基础 研究地温场变化规律的方法称 为地热测量法 3 3 工程与环境地球物理可解决哪些问题 建滑环考水电 弹断大覆灌 工程与环境地球物理可解决哪些问题 建滑环考水电 弹断大覆灌 答 工程与环境地球物理可以解决一下问题 1 建筑物及地基的常时微动观测 2 滑坡 陷落住 洞穴等的探测以及各类路基 水坝等的病害探测 3 环境污染的探测与监测及相关地质灾害的监测 4 考古探测及文物的保护与评价 5 地下水资源的勘查与评价 6 地下电缆 管道分布的探测及检查其相关腐蚀 渗漏等情况 7 岩石弹性参数的测定及岩体的波速分类和稳定性评价 8 断层 裂隙破碎带及地下溶洞等地质体空间分布的探测 9 大型建筑地基场地岩土分层和评价 10 覆盖层 风化带的厚度及基岩面起伏形态的测定 11 灌浆质量和混凝土工程质量的检测评价与工程质量监测 4 4 工程与环境地球物理有哪些特点 工程与环境地球物理有哪些特点 答 应用领域不断扩大 探测目标越来越多 方法技术不断发展 探测质量不断提高 方法要求具有灵活性和抗干扰性 探测质量要求高 探测分辨率要求高 实时探测和信息多样化 5 5 理解不同地球物理方法在解决工程与环境问题时的适用性 理解不同地球物理方法在解决工程与环境问题时的适用性 见书 见书 P5P5 表表 1 1 1 1 6 6 工程与环境地球物理的发展趋势有哪些 工程与环境地球物理的发展趋势有哪些 答 科学化的发展趋势 国际化 集团化的发展趋势 要求探测精度逐步提高 对传统方法进行更新或提出新方法以满足实际 认为其简单 深度浅 容易取得较好效果的传统思维逐步改变 测震类方法测震类方法 1 1 什么是纵波 横波 纵横波的速度和哪些因素有关 什么是纵波 横波 纵横波的速度和哪些因素有关 答 纵波 由胀缩力作用 使弹性介质发生体积形变而引起的振动称为纵波 又称 P 波 其速度与体积模量 K 剪切模量 和波传播的介质的密度 p 有关 横波 由旋转力作用 是弹性介质发生形状形变而引起的振动称为横波 又称 S 波或者切变波 其速度与剪切模量 和波传播的介质的密度 p 有关 2 2 面波有哪些类型 斯通利波在地表观测不到 面波有哪些类型 斯通利波在地表观测不到 答 面波有两类 一类是瑞雷面波 一类是勒夫面波 瑞雷面波 是一种沿大气与介质接触的自由表面传播的面波 勒夫面波 是一种沿两种弹性介质之间传播的面波 3 3 什么是波前 波后 什么是波前 波后 答 如图所示 设已知某一时刻 t0 波源开始振动 一段时间之后的某一时刻 t0 波源停止振动 又过 一段时间之后的某一时刻 t1 波传播了一段距离 此 时介质被分成三个区域 波前 V1 和 V2 的分界面 S 上 各质点刚刚开始 振动 这一曲面就叫 波在 t1 时刻的波前 波后 V0 和 V1 的分界面 S 上 各质点刚刚停止 振动 这一曲面就叫 波在 t1 时刻的波后 4 4 什么是惠更斯原理 费尔原理 斯奈尔 什么是惠更斯原理 费尔原理 斯奈尔 SnellSnell 定律 定律 答 惠更斯原理 在弹性介质中 可以把已知 t 时刻同一波前面上各点看作 是从该时刻产生子波的新点震源 再经过 t 时间后 这些子波的包络面就是 原波在 t t 时刻的新波前 费尔原理 地震波沿射线传播的旅行时和沿其他任何路径传播的旅行时 相比最小 既波是沿旅行时最小的路径传播的 斯奈尔定律 如图所示 地震波在分层介质中传播时遵循如下式子 其中 P 是射线参量 此式子表示的是入射 反射 投射之间的关系 其就是斯奈尔定律 5 5 常见介质的速度 常见介质的速度 反射波勘探反射波勘探 1 1 地震反射法有哪些局限性 近来侧分地垂 地震反射法有哪些局限性 近来侧分地垂 答 近地表速度静校正 来自环境的噪音干扰 侧面反射 分辨率在垂直和水平方向的限制 地震数据的波长 频率和带宽 垂直和水平方向的速度变化 2 2 浅层反射地震勘探时 测线布置和观测系统应注意什么 浅层反射地震勘探时 测线布置和观测系统应注意什么 答 测线最好是直线 主测线尽量垂直于岩层或构造走向 以便最大限度地控制构造形态 测线尽量与其他物探测线一直 若测区中有钻井 则测线尽量通过钻井 以便综合分析解释物探和地质资料 测线布置尽量远离非地震干扰源 测线布置尽量避开地形起伏较大和地物障碍等路线 以便以最少的工作 量解决地质问题 测线的疏密程度由地质任务 探测对象和勘探精度决定 3 3 采用工程数字地震仪进行数据采集时 所涉及的仪器因素有哪些 采前记采用工程数字地震仪进行数据采集时 所涉及的仪器因素有哪些 采前记 滤 滤 答 采样率 前放固定增益 记录长度 滤波档 4 4 浅层反射地震勘探时 如何选择炮检距 浅层反射地震勘探时 如何选择炮检距 答 在实际中要兼顾各种矛盾 选择合适的炮检距 原因如下 1 若炮检距过大 则不能保证有参考作用或主要目的的最浅层反射波达到最 低要求的覆盖次数 甚至得不到超浅层记录 此外 还有可能造成波的振幅和 相位发生较大变化以及波场复杂化等问题 2 若炮检距过小 则波场会受震源干扰严重 5 5 什么是什么是 最佳时窗最佳时窗 答 为有效避开声波 面波 折射波 直达波对有效反射波的干扰所选择的尽 可能不受或少受干扰波影响的最佳接收地段叫做最佳时窗 6 6 浅层地震反射可以解决哪些工程问题 基场特地围路 浅层地震反射可以解决哪些工程问题 基场特地围路 答 基岩完整性评价 场地和区域稳定性评价 特殊地质体检测 地层和岩性划分 围岩分类 路基质量评价 折射波勘探折射波勘探 1 1 折射波地震勘探中折射波的基本概念 折射波地震勘探中折射波的基本概念 答 当地震波以临界角入射到两种介质的分界面时 在下层介质中滑行的滑行 波就会使界面附近的质点发生振动 从而就会有一种波返回地面 把这种返回 地面的波称为折射波 又称首波 2 2 折射波地震勘探能解决哪些工程问题 深工速界环 折射波地震勘探能解决哪些工程问题 深工速界环 答 深部地震测深 工程地质调查 确定地震波沿分界面的传播速度 确定界面的几何形态和埋藏深度 环境地质和灾害地质中 3 3 单一水平界面单一水平界面折射波折射波时时 距曲线和距曲线和反射波 直达波反射波 直达波时时 距曲线的关系如何 距曲线的关系如何 答 如图所示 1 在临界距离 Xm 处反射波与折射 波时距曲线相切 2 在超前距离 Xc 处折射波与直达 波时距曲线相交 3 Xm 之前只能观察到反射波和直达 波 且观察到的先后顺序是直达波 反 射波 4 Xm 之后三种波均可观察到 且在 Xm Xc 处观察到的先后顺序为直达波 折射波 反射波 Xc 之后观察到的先后 顺序为折射波 直达波 反射波 4 4 折射波勘探盲区的半径 时间 折射波勘探盲区的半径 时间 如何理解 如何理解 答 盲区半径 能接收到折射波的临界距离 Xm 叫做盲区半径 盲区时间 在盲区边界接收到信号的时间 tm 叫做盲区时间 5 5 单层倾斜界面时 接收折射波的条件是什么 单层倾斜界面时 接收折射波的条件是什么 答 条件是 使测线与地层倾向斜交 以减小视 倾角满足 ic 90 原因如下 如图 当 ic 90 时 若在下侧方向观测 折射波 射线与测线平行 接收不到折射波 若在上侧方 向观测 入射角 临界角 不产生折射波 6 6 如何理解纵测线观测系统和非纵观测系统 如何理解纵测线观测系统和非纵观测系统 答 纵测线观测系统 炮点与接收点在同一直线上的观测系统叫纵测线观测系 统 非纵测线观测系统 炮点与接收点不在同一直线上的观测系统叫非纵测线观 测系统 7 7 如何理解相遇观测系统和追逐观测系统 如何理解相遇观测系统和追逐观测系统 答 相遇观测系统 能够得到相遇时距曲线的观测系统叫相遇观测系统 追逐观测系统 能够得到追逐时距曲线的观测系统叫追逐观测系统 8 8 画出画出透镜体透镜体的折射波时间的折射波时间 距曲线 图 距曲线 图 答 低速透镜体 9 9 画出画出直立构造直立构造的折射波时距曲线 的折射波时距曲线 图 图 答 10 10 折射波数据解释中的折射波数据解释中的截距时间法截距时间法原理 原理 ITMITM 答 如图所示 设 O1 O2 为两激发点 于是得到两条相遇时距曲线 S1 S2 延长 S1 S2 交 t 轴于 t01 t02 1 由折射波时距方程的截距形式知 2 从而可得 3 分别以 O1 O2 为圆心 以 h1 h2 为半径作圆 4 作两圆的公切线便可得到所求的折射界面 11 11 折射波数据解释中的折射波数据解释中的 t t0 0差数法差数法原理 原理 答 如图所示 设 O1 O2 为两激发点 于是得到两条相遇时距曲线 S1 S2 取排列上任 意一点 D 则在相遇时距曲线上得到旅行时 t1 t2 1 互换时 设 2 DBC 可近似看成等腰三角形 过 D 作 BC 的垂直平分线交 BC 于 M DM h 则有 3 由上面可得 故 D 点到折射界面的法线深度 只要求出 K to 就可知道 h 面波勘探面波勘探 1 1 简述瑞雷勘探的基本原理 简述瑞雷勘探的基本原理 答 根据瑞雷波的频散特性 利用人工震源激发产生多种频率成分的瑞雷波 找出瑞雷波速 V 与频率 f 的关系 从而确定地表岩土的瑞雷波速 V 随场点位置 坐标的变化 最终解决浅层工程地质和地基岩土的地震工程等问题 2 2 瑞雷波和拉夫波有何特点 瑞雷波和拉夫波有何特点 答 瑞雷波特点 瑞雷波传播时 在垂直于界面的入射面内 各质点在其平衡 位置附近的运动 既有平行于波传播方向的分量又有垂直于波传播方向的分量 既质点的合成运动轨迹呈逆椭圆型 勒夫波特点 勒夫波传播时 在垂直于界面的入射面内 各质点在其平衡 位置附近的运动 只有垂直于波传播方向的分量 且平行于界面 3 3 瑞雷达勘探可以解决哪些浅层地质问题 公场基层下其饱岩 瑞雷达勘探可以解决哪些浅层地质问题 公场基层下其饱岩 答 公路 机场跑道的质量无损检测 场地类型划分 地基加固处理的效果评价 地层划分 地下空洞及掩埋物的探测 其他方面的应用 饱和砂土层的液化判别 岩土物理力学参数的原位测试 4 4 面波勘探中的稳态法和瞬态法 面波勘探中的稳态法和瞬态法 答 稳态法 在资料采集中 使用一套幅值和频率可控的非炸药震源激发 通 过改变震源的频率来调节探测深度 记录仪器为数字地震仪 在陆地上采用垂 直速度检波器接收 前期处理 滤波或圆滑 瞬态发 在资料采集中 使用重锤或炸药震源激发 记录仪器为数字地震 仪 在陆地上采用垂直速度检波器接收 并根据波场的频散特性求取 VR速度分 布场 前期处理 滤波和频谱 相关谱 分析 5 5 瑞雷波的穿透深度和泊松比的关系怎样 瑞雷波的穿透深度和泊松比的关系怎样 答 由右侧表格 可知在波长不变 的情况下 泊松 比越大穿透深度 越大 6 6 层状介质中频散曲线特征 层状介质中频散曲线特征 答 曲线在 整体上 大致呈单调变化 即相速度随波长的增加 而增加 随频率的增加 而减小 同时存在 局部 变化 这些 局部 变化往往包含丰富的层位信息 7 7 影响频散曲线的因素有哪些 影响频散曲线的因素有哪些 答 震源的激震频率 检波器的频率特性 记录系统的频率特性 时间采样率 空间采样率 多道接收时道一致性 非勘探目标物体 8 8 多道面波分析技术 多道面波分析技术 MASWMASW 有哪些优点 有哪些优点 答 构建了一个二维横波速度场 震源具有便携 可重复使用的性质 并可产生有效能量为宽频带的瑞雷 波 观测系统与 CDP 方法类似 为一次勘探中同时利用体波反射和面波信息 提供了基础 利用广义线性迭代反演方法 结合最少的假设求得的一维近地表横波速 度剖面 算法稳定 灵活 用来提取 分析一维瑞雷波频散曲线的处理程序稳定 灵活 好用 准 确 电阻率法电阻率法 1 1 什么是直流电阻率剖面法和测深法 什么是直流电阻率剖面法和测深法 答 电阻率剖面法 是用以研究地电断面横向电性变化的一类方法 电阻率测深法 是用以研究地表某点下方垂向电性变化的一种方法 2 2 什么是联合剖面法 什么是联合剖面法 答 如图 装置系数 特点 3 3 什么是对称剖面法 什么是对称剖面法 答 如图 装置系数 特点 4 4 什么是中间梯度法 什么是中间梯度法 答 如图 装置系数 特点 5 5 水平二层电测率曲线有哪些类型 水平二层电测率曲线有哪些类型 答 如图 有两种类型 G 型曲线 特殊的 当 无穷大时 电测深曲线 尾枝与横轴成 45 上升的渐进 D 型曲线 6 6 水平地面点电流源的电场 水平地面点电流源的电场 答 一个点电流源的电场 如图 两个异性点电流源的电场 如图 高密度高密度 1 1 什么是高密度电阻率法 什么是高密度电阻率法 答 是将点剖面法和电测深法结合起来的一种阵列电阻率探测方法 野外测量 时只需将全部电极置于测点上 利用程控电极转换开关和电测仪便可实现数据 的采集 2 2 高密度电阻率法有何特点 电能对野高 高密度电阻率法有何特点 电能对野高 答 电极布设是一次完成的 这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰 而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础 能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量 可以获得较为丰富的关于 地电断面结构特征的地质信息 对探测结果进行预处理并显示剖面曲线形态 结果直观 野外数据采集实现了自动化 不仅采集速度快 而且避免了由于手工操 作所带来的错误 高密度电法成本低 效率高 信息丰富 解释方便 探测能力显著提高 3 3 集中式和分布式高密度电阻率有何不同 集中式和分布式高密度电阻率有何不同 答 集中式 电极开关集中在一个箱子中 仪器故障少 制作工艺简单 交货快 价格相对便宜 维护容易 经久耐用 可获得高质量的电阻率数据 可以做激发极化测量 分布式 电极开关分布在每个电极上 电缆芯数少 电缆细 抗干扰能力强 信噪比高 特别适合于同时做电阻率和激发极化测量 4 4 高密度电阻率测量中 常用的高密度电阻率测量中 常用的 1010 种装置是什么 种装置是什么 答 Ploe ploe PP Ploe diploe PD Diploe diploe DD Half Wenner HW Wenner WN Wenner WB Schlumberger SC Array GM Multiple or Moving gradient array GD Mid point potential referred measurement MPR 电磁法电磁法 1 1 什么是瞬变电磁法 什么是瞬变电磁法 答 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场 用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流场产生的二次电磁场的 空间和时间分布 来解决有关地质问题的时间域电磁法 2 2 什么是什么是 烟圈效应烟圈效应 答 任一时刻 地下涡流电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电 流的磁场 在发射电流刚关断时 该环状线电流紧挨发射回线 与发射回线有 相同的形状 随着时间的推移 该电流环向下 向外扩散 并逐渐变形为圆电 流环 人们把地下涡旋电流向下 向外扩散的过程形象地称为 烟圈效应 3 3 如何理解瞬变电磁响应过程 如何理解瞬变电磁响应过程 答 由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多 当一 次电流断开时 一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围的地表各点 因 此 最初激发的感应电流只局限于地表 而地表各处感应电流的分布也是不均 匀的 在靠近发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强 随着时间的推移 地下感应电流便逐渐向下 向外扩散 其强度也逐渐减弱 分布趋于均匀 4 4 瞬变电磁法野外工作中 常用的装置有哪些 瞬变电磁法野外工作中 常用的装置有哪些 答 重叠回线和中心回线装置 同点装置 分离回线装置 偶极装置 框 回线装置 大回线走源装置 5 5 如何选择工作装置和回线大小 如何选择工作装置和回线大小 答 1 工作装置的选择 根据勘探目标 施工条件和装置的特点等因素综合 考虑决定 2 回线大小的选择 在保证预定勘探深度的情况下 一般都选择尽可能 小的回线边长 探地雷达探地雷达 1 1 什么是探地雷达 什么是探地雷达 答 探地雷达是用高频脉冲电磁波来确定地下介质分布的一种方法 2 2 探地雷达常用测量方式有哪些 探地雷达常用测量方式有哪些 答 剖面法及多次覆盖 宽角法 共中心点法 环形剖面法 多天线测量法 3 3 探地雷达探测时 如何装置测网 探地雷达探测时 如何装置测网 答 测量工作进行之前 首先必须建立测区坐标 以确定测线的平面位置 1 目标体方向已知时 测线垂直于目标体长轴 目标体方向未知时 采用方格网 2 目标体体积有限时 先用大网格小比例尺初查以确定目标体的范围 然后用小网格 大比例尺进行详查 网格大小 目标体尺寸 4 4 探地雷达探测时 如何选天线中心频率 时窗 采样率 测点点距 发射和探地雷达探测时 如何选天线中心频率 时窗 采样率 测点点距 发射和 接收天线间距 公式 接收天线间距 公式 答 1 天线中心频率 2 时窗 3 采样率 4 测点间距 5 发射和接收天线间距 5 5 探地雷达数据解释时 如何拾取反射层 探地雷达数据解释时 如何拾取反射层 答 确定具有一定特征的反射波组是反射层识别的基础 而反射波组的同相性 与相似性为反射层的追踪提供了依据 反射波组的同相性 一般在无构造区 同一波组有一组光滑平行的同根轴 与之对应 这一特性称为反射波组的同相性 反射波形的相似性 相邻记录道上同一反射波组的特征会保持不变 这一 特征称为反射波形的相似性 6 6 电磁波速度的获取有哪些方法 电磁波速度的获取有哪些方法 答 已知目标换算法 几何刻度法 介电常数法 反射系数法 CDP 速度分析法 重磁法重磁法 1 1 的重力勘探 微重力测量 有哪些应用 地震库热石灾 的重力勘探 微重力测量 有哪些应用 地震库热石灾 答 近地表溶洞 地下河 孔穴 废矿坑巷道 巨径管道 规模较小的地质 构造断裂 断