多道瞬态面波应用于水利及岩土工程勘察-林万顺.docVIP

多道瞬态面波技术在水利及岩土工程勘察中的应用 林万顺 (北京市水利规划设计研究院，北京 100044) 摘要：多道瞬态面波勘探技术是近几年快速发展起来的高新技术，在工程勘察中得到广泛应用，效果良好。本文介绍了面波的主要特性和勘探原理以及资料整理解释方法，最后列举南水北调工程和几十地基勘察工程实例进行了分析。 关键词：面波勘探；弹性波；频散曲线 中图分类号：P631.4 文献标识码：A Abstract：The exploratory technique by multichannel instantaneous surface wave is a high technology developed rapidly recently which has been widely used in engineering investigation with satisfactory outcomes．The main features and principles of the said technique are presented herein together with several examples of practical projects． Key words： exploration by surface wave； elastic wave；curve of frequency distribution 1 前言 多道瞬态面波法(以下简称面波法)是中国首创的新兴的岩土勘擦测试技术，利用频散特性和传播速度与岩土物理力学性质的相关性可以解决诸多工程地质问题。 在自然地震中，面波是一种对建筑物危害极大的地震波，在人工地震勘探中，面波在地震记录中呈扫帚状分布，是一种很强的干扰波，所以早期对面波的研究，人们主要是根据面波的特点，采取诸多方法来减小它的危害或消除它的影响。近几年，随着计算机的发展和对面波研究的不断深入，利用面波进行勘探得到广泛的发展。本院从95年至今，应用北京市水电物探研究所生产的国家重点新产品SWS型多波列数字图像工程勘探与工程检测仪，开展了大量的面波勘探工作，不断改进野外采集方法技术，不断探索资料解释方法和应用范围，取得了较好的成果及显著的社会效益和经济效益。 2 面波的主要特性和勘探原理 面波(对于炸药震源或冲击振源，面波主要指瑞雷面波)是在弹性分界面处由于波的干涉而产生，并且沿界面传播，波动现象集中在界面附近的一种弹性波，其具有以下几种主要特性： (1) 面波在自由表面附近传播时，质点在波传播方向的垂直平面内振动，振幅随深度呈指数函数急剧衰减，质点的振动轨迹与波传播的方向或反方向的椭圆轨道运动。 (2) 面波的水平和垂直振幅从弹性介质的表面向内部呈指数减小，大部分能量损失在二分之一波长的深度范围内，这说明面波某一波长的波速主要与深度小于二分之一波长的地层物性有关。 (3) 在多层介质中，面波具有明显的频散特性。面波沿地面表层传播，影响表层的深度约为一个波长，因此同一波长面波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，同波长的面波的传播特性反映着不同深度的地质情况。 收稿日期：1999-10-20；修订日期：2000-02-26 作者简介；林万顺(1970-)，男(汉族)，福建蒲田人 3 仪器及资料整理与解释方法 SWS型多波列数字图像工程勘探与工程检测仪主要技术参数为：24道，512、2024，2048、4096、8192样点选择，采样率30?s～8ms数档，瞬时浮点放大，A/D转换20bit，信号增强32bit，高、低通滤波、全通，带宽0.5～4000Hz，工控级CPU板80486，RAM8mb或16mb，硬盘容量HD2.1Gb， LCD640X480UGA模式与TFT彩色液晶显示，具并行口和软驱接口，DCl2V电源，使用环境-5?C--45?C。 面波勘探采集到的原始资料是面波沿地表传播的振动波形，通过对波形的室内整理、计算和解释，归纳面波特点为：(1)传播速度低，且只在表层某一深度内传播；(2)只要有波速差异(大于或等于l0％)也可以精确进行分辨；(3)在均匀介质中，面波的波速与频率无关，即没有频散特性，(4)面波的波长不同，穿透深度也不同；(5)面波波速近似等于横波波速，并具有相关性，即面波波速与介质的物理力学性质密切相关。 根据面波勘探的上述特点，同时也考虑到面波勘探场地地层纵横向变化因素较多，为了减少斜坡反射于扰，使面波资料能真实反映地面上某一点下面地层垂直变化情况，我们在野外采集过程中，利用已知地质资料，优选测试参数，直到与已知地质资料相吻合。由于面波勘探每一测点需要效道的记录(一般不低于4道)，原始