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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 掌握面波勘探的基本原理 了解瑞利面波勘探的工作方法 掌握面波频散曲线的特征 了解资料处理过程及掌握解释方法 掌握面波勘探在工程方面的应用 瑞利波法的发展历程 1887年由英国学者Rayleigh在理论上确定 20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 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,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,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 R波的波长不同,穿透深度也不同 R波的传播速度与S波的传播速度具相关性 R波法可解决的浅层地质问题 工程地质勘察—分层 地基加固处理效果评价 岩土物理力学参数原位测试 地下空洞及掩埋物探测 公路、机场跑道质量无损检测 饱和砂土层的液化判别 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 浅层分辨率高----可确定厘米级裂隙; 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; 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; 测试深度浅。 §4-1 瑞利波的波场特征 二、R波质点的振动 三、R波在非均质中的频散 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VR与频率无关,因而实测得到的波速就是介质的波速。 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 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,VR的变化反映了不同深度内介质平均性质的改变,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 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。 §4-2 瑞利波的勘探原理 瑞利波勘探是根据:①瑞利波传播于介质的自由表层,只要存在波动就会有瑞雷波的存在;②在均匀介质中,瑞利波的传播速度与频率无关,即没有频散性;③瑞利波的频散特征主要取决于剪切波速度及各层厚度; ④瑞利波的波长与勘探深度有关,传播速度接近横波速度。 根据震源信号的特点不同,瑞利波勘探分
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