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1、检测与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.10*稳态瑞雷波勘探在地震安评中的应用孙福印王振德李玉堂(河北省地球物理勘查院)摘要介绍了稳态瑞雷波法的工作原理和工作方法,介绍了SM98-24B瑞雷波仪的参数,以及在地震安评项目的波速测试中,稳态瑞雷波法勘探与钻孔波速测试的对比结果。关键词瑞雷波SM98-24B激振器瑞雷波(Rayleighwave)是沿表面传播的一种弹使得不同频率的瑞雷波信号传播速度与地下信号传性波。瑞雷波在分层介质中传播的过程中具有频散播介质的物理性质有关,瑞雷波沿着地面的表层
2、传特性,这种频散特性与分层介质的层数与厚度有关,播,通过理论和实践证明:瑞雷波信号在一个波长深且传播速度反映了各层介质的物理力学性质,因此度内传播,因此,我们可以在地表激发一个固定频率国内外已开发了多种利用瑞雷波方法,用于地质勘的瑞雷波信号,瑞雷波信号在一个波长的深度内传查、材料的物理测试等领域。播,并准确地观测出其传播的速度,就可测量出这一我国建设部(2003年)在/工程勘察技术进步与深度内信号的平均传播速度,也就可以计算得出这技术政策要点0中明确提出针对一般情况下岩土工一深度内介质的动弹性参数。通过对不同频率瑞雷程勘察勘探深度不
3、大,但分辨率和解释要求较高的波信号的速度准确地观测,就可以得到瑞雷波信号特点,推荐使用面波技术等,在检测方面,要求发展在地下介质不同深度内的传播速度,并将不同频率土工结构和路面、跑道结构的无损检测方法,以克服信号的传播速度按其传播波长排列即可得到瑞雷波传统的地基检测方法在检测深度和广度上的局限的频散曲线。性。实践和研究表明,瑞雷波法在这些方面都有很在地面上从激振点出发沿信号的传播方向,按好的表现。目前建设部已出台了/多道瞬态面波勘相同的道间距($x)布置N个检波器,当进行竖向激察技术规程0,将会进一步推动瑞雷波法在工程勘振时,N个检
4、波器就可以观测到瑞雷波信号通过各探中的应用和深入研究。检波器时的信号,通过对各通道同一信号识别,就可瑞雷波勘探方法有稳态激振法和瞬态激振法,计算出其传播速度。比较成熟的是瞬态激振法,这种方法优点是方便快设瑞雷波信号的频率为fi,相邻两检波器记录捷,缺点是收集到信号繁杂,信号解译难度大,精度的瑞雷波信号的时间差为$t或相位差为$U,则相低,多解性强;稳态激振法是通过发射和接收固定频邻两道$x长度内瑞雷波的传播速度为:率信号所携带的信息,直接进行解译得出有用结果$xVR=的方法,是解决瞬态方法诸多不足的新方法。在建$t(1)筑抗震设计和
5、地震安全性评价中,建筑场地的类别2Pfi$x或VR=划分,主要以土层剪切波速和场地覆盖层厚度为准。$U工作中,可以对钻孔进行剪切波速测试,我们也可以在同一位置测量一系列不同频率的VR值,就可采用稳态瑞雷波勘探进行波速测试,按频率从高到以得到一条)VR-f曲线,即频散曲线。也可以转低开始激振,探测地下地层瑞雷波速度,当地下某一换为速度波长曲线(VR)KR):层瑞雷波速度恒达到或大于500m/s时,可以推定VRKR=(2)该位置的覆盖层厚度。f频散曲线VR)f或速度波长曲线VR)KR的变1工作原理化规律与地下半空间介质的物理性质有关,通
6、过对瑞雷波法勘探的物理基础为瑞雷波信号在介质频散曲线进行正反演解释,就可以得到地下某一深中传播时具有频散特性。正是瑞雷波的这一特性,度范围内的地质信息和不同深度的瑞雷波层速度,1收稿日期22008-03-25*科技部/科学仪器升级改造专项项目0(项目编号:2005JG100400)。70岩土工程界第11卷第10期检测与分析由于瑞雷波层速度与其介质的物理性质相关,就可根据测试目的要求,选择合适的道间距,有利于以对地下的岩土的物理性质作出评价。瑞态瑞雷波信号的识别,一般接收高频信号要求道图1是稳态瑞雷波法勘探示意图,当激振器在间距要小,
7、接收低频信号要求道间距要大;原则上道地面上产生一固定频率为fi的简谐竖向激振时,频间距布置应与选择激发频率范围中部频率信号的波率为fi的瑞雷波信号沿表层向外传播,沿波传播方长相当;排列长度应与探测深度相当;信号采集频率向的检波器可测量出瑞雷波信号到达的时间,计算应选择高于最高激发频率2~5倍;记录长度应不小出相邻两道瑞雷波信号的时间差$x,根据(1)式计于最低激发频率的2倍周期。算出频率为fi的瑞雷波传播速度VR。改变激振器在工作布置时,应注意应满足下式:的振动频率fi,就可以测得不同频率fi下的瑞雷波VR$x[KR=(3)传播速度
8、VR,这样不断改变激振器的振动频率,就f可以测得一条VR)KR曲线称之为频散曲线。在工程地质勘察中进行稳态瑞雷波法勘探,激振器一般采用大能量电磁激振器或大能量机械激振器,浅部地质勘察可采用600N电磁激振器,勘探深度可达15~20m,
