物探瑞利面波勘探分解课件.pptVIP

第四章瑞利面波勘探

本章内容要点了解瑞利波的波场特征u掌握面波勘探的基本原理u了解瑞利面波勘探的工作方法u掌握面波频散曲线的特征u了解资料处理过程及掌握解释方法u掌握面波勘探在工程方面的应用u

瑞利波法的发展历程1887年由英国学者Rayleigh在理论上确定u20世纪50年代发现R波的频散特征60年代起计算机应用于R波的频散研究70年代出现人工激发瞬态R波法勘探(美国)80年代初出现稳态R波法勘探（日本）87年起我国开始R波法的试验研究uuuuu

表面波法的提出传统岩土勘察的S波测试试验中需在地层中钻孔，并且在u软弱土层中还应下套管和进行回填灌浆，工期较长，费用较高；在浅部测点试验中，信号易受干扰；波传播路径复杂，u致使测试结果不便应用；另一方面，地震勘测中的折射波法和反射法虽然不需钻u孔，但它们在测定S波速度时也有如下缺陷:在地面上接收地层界面反射波或折射波，易受环境和R波的干扰，l折射波法要求待测地层中波速沿深度递增，而软弱夹层往往又是工程勘测中的主要任务，显然此法不能满足这种要求。

瑞利波勘探的理论依据在分层介质中R波具有频散特性lR波的波长不同，穿透深度也不同lR波的传播速度与S波的传播速度具相l关性

R波法可解决的浅层地质问题1.工程地质勘察—分层2.地基加固处理效果评价3.岩土物理力学参数原位测试4.地下空洞及掩埋物探测5.公路、机场跑道质量无损检测6.饱和砂土层的液化判别7.其它方面：基岩完整性评价、滑坡调查、堤坝危险性预测、桩基入土深度探测等

R波法与其它波动法的对比特点n浅层分辨率高----可确定厘米级裂隙；n不受地层波阻抗关系的影响。R波只要求地层有速度差异，波阻抗相同也能精确分辨；n建筑场地波速测试无需钻孔测试效率高，而且能够较可靠地测定浅层的波速。但R波法也存在试验场地较大，深层测试结果精度不如跨孔法等缺陷；n测试深度浅。

§4-1瑞利波的波场特征一、R波的传播速度V/VsR0.950.88σ00.10.5

瑞利面波波速的3个特点：（l）在相同介质中，纵波波速最快，横波次之，瑞利波最慢（2）V与Vs呈近似线R性关系（3）V与频率f无关，R表明在均匀介质中面波无频散现象。P、S、R波速与泊松比的关系

二、R波质点的振动R波质点位移方程：

是瑞雷波衰减系数是任意常数、是瑞雷波波长和频率、从方程可看出：当Z→∞时，Ux→0、Uz→0，即x、z方向的位移为0，说明传播深度有限；Ux、Uz在相位上相差（π/2）。由此可得出结论---x、z方向合成后，R波使介质质点沿椭圆轨迹运动，且传播深度有限。

质点振动特点：沿逆时针椭圆轨迹运动，振幅随深度迅速衰减，且衰减系数与波长λ成反比，说明波长越大传播的深度越深。

位移振幅矢量曲线从图中可以看出对于不同的介质，瑞利波水平和垂直位移的主要能量均在(Z/λ)＜1的深R度内，即认为瑞利波的穿透深度为一个波长、且主要能量集中在λ/2的范R围内。从图中还可看出，u在(Z/λ)=0.1～0.2之间变化符号，u是正弦xRx函数，u是余弦函数，所以当u、u同号时Z=0，两者合成之后形成的zxz质点振动轨迹为一逆时针方向转动的椭圆；不同号时，质点振动轨迹为一顺时针转动的椭圆。

三、R波在非均质中的频散从地震波的频谱理论中可知．实际的波动极少为单频波（简谐波），但较复杂的波动总可以认为是由许多单频波的叠加。物理学上，单频波的传播速度称为相速度V（或相位速度，常指波峰或波谷的传播速度），各单频波叠加总振动的极大值（或能量最大值）的传播速度称为群速度U。在地震学中，群速度就是地层介质的速度。

在均匀介质中，不同频率成分的面波相速度相同，因此相速度等于群速度，即V与频率无关，因而实测得到的波速就是R介质的波速。而对于非均匀介质，由于面波的相速度与频率（或波长）有关，因此不同频率的单频面波都按自已的相速度传播，于是各分振动的相位差随波的传播而改变，从而导致由分振动叠加的速度不等于相速度，即为频散。

所谓频散---就是指相速度随频率而改变的现象n瑞利波的频散特性与波场分布空间内介质的物质成分、结构、密度、孔隙度等因素有关。实际上，由于瑞利波的穿透深度约为一个波长，因此，在地表测得的瑞利波波速被认为反映小于一个波长的某一深度范围内介质的平均弹性性质。不同的频率有不同的波长，V的变化反映了不同深度内介质平均性质的R改变，也就是说非均匀介质中面波的频散特性决定了进行面波勘探的可行性。

四、R波的激发能量n实验证明，当在圆形振板上作上下激振时，激发出的R波、P波、S波的能量为：R—67%，P—7%，S—26%。R波的能量占总能量的2/3。

五、R波的衰减由于面波的波前面为高约λ的圆柱体，其波前面积R与r成正比，能量衰减则与成正比；而体波