6-瑞利波

6-瑞利波 瑞利波 瑞利波 一、 特点 1.浅层分辨率高 同一介质中瑞利波较其他类型的弹性波传播速度小,且只在表层某一深度内传播.在稳态激振条件下,频率范围和频率的变化间隔均可根据勘察目的人为确定,需要时,波长变化可以控制在毫米级范围,即以深度变化数毫米的间隔由浅向深勘测.所以该方法可以确定路面厚度及探测到地面上厘米级宽度的裂隙。这样的精度，其他弹性波方法是无法与之比拟的。 2(不受各地层速度关系的影响 折射波法要求下伏层速度大于上覆层速度，反射波法要求各层具有波阴抗差异。以上这两种方法要求各层的波速或波阴抗具有较大的差异。瑞利汉法只要求具有波速差异，即使差异只有10%也可以精确进行分辨。 3(工作条件简便易行 瑞利汉卡法与其他浅层地震方法工作条件的比较见下表。 表1 各方法工作条件对比表 瑞利波法 折射波法 反射波法 跨孔法 波的种类 瑞利波 P波 P波，S波 P波，S波 勘探方式 变化频率，由浅向深接收界面折射接收反射波，确在钻孔中逐点 探测，确定各界面深波，直接确定深定界面以上平均测试，分层和 度，各层波速 度及折射体的波波速及界面深度 测试各层波速 速 震源形式 垂直激振器 落锤法或爆炸 P波左，S波扣板孔中剪切锤 法 勘探深度 0-数百米 0-数百米 由孔深确定 0-50m 资料处理 现场可绘出测试结果 室内处理 室内 现场可绘出测 试结果 场地要求 5m×5m范围即与深度有关，一室内与深度有关由钻孔位置确 可，大于测试范般大于测试深度大于深度2倍 定 围1-2 3-5倍 工作效率与深度无关，约30min 与深度无关，约与深度无关，约与孔深及测试(按一个需60min 需60min 深度间隔有关 排列计算) 人数 4 人 6-8人 6-8人 4人 瑞利波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长，因此，同一波长的瑞利汉的传播特 1 瑞利波 性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的瑞利波的传播特性反映着不同深度的 ,x地质情况。在地面上沿波的传播方向以一定的道间距设置N+1个检波器，就可以检测到 N,x瑞利波在长度范围内的传播过程，设瑞利波的频率为，相邻检波器的瑞利波的fi ,t,x时间差为或相位差为，则相邻道升高人瑞利波的传播速度为: ,, V,,x/,tR 或 (1) V,2,f,x/,,Ri N,x测量范围内平均波速为 N,x V,RN ,t,i,1i ,,2fxi或 (2) V,RN ,,,i,1i 在同一地段测量出一系列频率的-曲线，即所谓的频散曲线，或转换为-曲VV,fRRR线，为波长; ,R (3) ,,V/fRR -曲线或-曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系，通过对频散曲VV,fRRR 线进行反演解释，可得到地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞利波传播速度值。另一方面，值的大小与介质的物理特性有关，据此可对岩土的物理性质做出评价。 VVRR 图1稳态面波法原理示意图 f图1是稳态瑞利波勘探原理示意图，当激振器在地面上施加一频率为的瑞利波以稳i ,t态的形式沿表层传播，利用地面上的检波器可测量出相邻道瑞利波的同相位时间差，根 fVfV据式(1)计算出的瑞利波传播速度。改变激动频率，就可以测得当前频率下的iiRRi 2 瑞利波 值，所以，当激振器的频率从高向低变化时，就可以测得一条-曲线或-曲线。VV,fRRR由式(3)可知，当速度变化不大时，改变频率就可以改变勘探深度，频率越高，波长越小，勘探深度也越小，反之，勘探深度越大。 图2和图3是瞬态法和天然地震勘探原理图。实际上，天然地震也应属于瞬态法，只是震源形式，信号的记录方法不同，勘探目的也不同。 图2 瞬态面波法原理示意图 图3 天然地震波原理示意图 瞬态法与稳态法的区别在于震源的不同，前者是在地面上产生一瞬时冲击力，产生一定频率范围的瑞利波，不同频率的瑞利波叠加因一起，以脉冲的形式向前传播，后者则产生单一频率的瑞利波，可以测得单一频率波的传播速度，所以瞬态法记录的信号要经过频谱， 3 瑞利波 相位谱分析，把各个频率的瑞利波分离开来，从而得到一条-曲线或-曲线。 VV,fRRR 二、均匀半空间介质中的瑞利波 均匀半空间介质虽然是一种理想化的模型，但通过对理想化模型中瑞利波的研究可以解决如下两个问题:一是说明瑞利波在介质的自由表层，只要存在波动就会有瑞利波的存在，并对瑞利波的传播机制和特性有一详细的了解;二是说明在均匀介质中，瑞利波的传播速度与频率无关，即没有频散性。这种均匀介质的无频散性是瑞利波勘探的物理前提条件之一，因为地质勘探的目的就是探明地下不均匀地质体的赋存状态。所以，具备了这一前提才使得利用瑞利波进行勘探的理论依据更充分。 瑞利波的传播有如下特点: (1)引起瑞利汉传播的质点的振动轨迹为一逆时针方向转动的椭圆，因而瑞利波的传播路径为一逆时椭圆。瑞利波的垂直振幅和水平振幅随着介质深度的增加而迅速衰减，其主要能量大部分集中在一个波长的范围内，因而，一般认为瑞利波的穿透深度约为一个波长。 (2)瑞利波速度和横波速度与泊松比之间有如下关系: VV,SR 设，则有 r,V/VRS 32 r,8r，8(2,,)/(1,,),8/(1,,),0 取=0.25，解上述方程我们可以得到一个满足条件的解，即。 V,0.919V,RS 图4半空间均匀介质 4 瑞利波 V/VRSv图5 与泊松比的关系 与泊松比的关系曲线如图5所示，、、与泊松比的关系如图所示。V/VV,VV,RSSPR 从图中可以看出随着泊松比增大，和急剧增大，而与值则趋于一致。一般岩石VVVVSSPR 泊松比在0.25左右，第四系地层泊松比为0.4-0.49，可以认为对土体而言，与基本相VVSR等。其误差只有5%左右。 5 瑞利波 (3)瑞利波的衰减。在地面进行竖向激振时，一般来说产生三种类型的波，即纵波、横波和面波，前两种波也称为体波。体波的波前面为关球形面，其面积正比于半径r的平方(r为震源到波前面的距离)。而瑞利波的波前面约为一高度为的圆柱体，其波前面面积,R 与r成正比，这就是说，体波的振幅反比于波传播的距离。衰减与1/r成正比，瑞利波的能 1/21/21/r1/r量衰减与正比，用关系式可表示为:体波振幅 ?1/r，瑞利波振幅?。因此瑞利波的衰减要比体波慢得多。 在一圆柱形振板上激振，纵波、横波、瑞利波所占的相对能量如表2所示。 表2 P波、S波、瑞利波的参量比 波的相对全部能量的百分 类型 比/% 瑞利67 波 纵波 7 横波 26 可见瑞利波占全部参量的2/3，这也是体波无法比拟的。 V,(4)均匀介质中无频散性。在均匀介质条件下，瑞利波的速度与振动频率(即与f)RR无关，即在均匀介质条件下，瑞利波传播速度没有频散性。 (5)非均匀介质中的频散特性。如图6所示，在均匀介质中瑞利波无频散特性，而在非均匀介质中具有频散特性，这一特性是瑞利波勘察的物理基础。 6 瑞利波 图6加层介质与均匀介质的对比 三、层状介质中的瑞利波 均匀半空间介质是一种理想化的模型，也是最早证明瑞利波存在的一种假设，它为研究瑞利波的某引起传播特征和具有的某些特性提供 了简便的方法。但随着实用瑞利波的勘察方法技术的发展，瑞利波在层状介质中的传播问题和频散特性就在为一个亟待研究解决的问题了，因为不论是研究地球的内部结构或用于第四第地层工程勘察，所遇到的实际问题几乎都是分层构造。对顼利波在地质勘探和工程勘察中的应用，感兴趣的主要是瑞利波地层状介质中传播时的频散特性，因此，下面我们来看一看瑞利波的频散特性。 1.两层半空间介质中的瑞利波 如图8所示，设x轴位于两层界面上，z轴向下，瑞利波沿x轴正方向传播。在这种条件下，我们可以得到瑞利波传播方程，从而得到瑞利波的频散曲线如图7所示。 7 瑞利波 图7 两层半空介质中瑞利波频散曲线 2.多层半空间介质中的瑞利波 作与图8中同样的直角坐标系，可以得到三层及四层介质中的瑞利波的频散曲线如图9和图10所示。 图8 两层半空间介质 8 瑞利波 图9 三层瑞利波频散曲线 图10 四层瑞利波频散曲线 (一)频散曲线(V-)的变化规律与层波速的关系 fR 如图11是两层介质条件下的瑞利波频散曲线，各层的参数如图11所示，从图中可以看 V,V出，当频率较高时(f>35hz)，频散曲线为直线段，且 RR1 VV,V(为第一层介质中瑞利波的传播速度)，随着频率的升高，频散曲线以为R1RR1 V,VV渐近线，当频率较低时(f<10hz),频散曲线以(为第二层介质中瑞利波的传RR2R2 9 瑞利波 播速度)为渐近线。当频率位于中间某一频带范围(16-30Hz) 时，频散曲线随频率的变化而急剧变化，即随着频率的降低，值从向迅速过渡。 VVVRR1R2 图11 二层介质(H1=20m)瑞利波频散曲线 如图12是三层瑞利波频散曲线，各层参数见图。 10 瑞利波 图12 三层介质瑞利波频散曲线 从图中可以看出，高频段和低频段的 VR 值分别以(同上)和(为第三层介质中瑞利波的传播速度)为渐近线，在VVVR3R3R1 中间频带内，当H2/H1>3时，(-)曲线为一段平缓曲线，且时，同时，曲线VV,VfRRR2上出现两处梯度陡段，这两处梯度陡段显然与两个界面有关。当H2/H1>3时，两处梯度陡段互相衔接，使得中间平缓过渡段消失。图中的H=0曲线即为两层介质时的-曲线，VfR从两层曲线与三层曲线的对比可以看出，H2的存在，即使很薄也会影响随f的变化规律，VR这种特征将全为我们在资料解释中识别夹层提供帮助。 (二)(-)曲线变化规律与层厚度的关系 VfR 图13是两层(-)曲线随第一层厚度不同变化的情况，两层介质的弹性性质与图VfR 11中模型相同，厚度的变化号如图中所示。从图中可以明显看出，不同厚度的频散曲线形态基本相似，即高频段以V为渐近线，低频段以V为渐近线。(V-)曲线的梯度最大fR1R2R V处或(-f)曲线 的拐点随着厚度的增大快带向低频方向移动，如厚度H1=1m，拐点位R 于40-45HZ间，厚度H7-10m，拐点移动到4-5Hz之间。 11 瑞利波 图13 两二层介质瑞利波频散曲线随百度的变化 图14是三层(-)曲线随第二层厚度不同而变化的情况各层介质的弹性性质与图VfR 12中模型相同，H1=0.5m，H2如图中所示，三层介质的(-)曲线出现两个拐点。显VfR 然较高频率的拐点位置与第一层厚度有关，较低频率的拐点位置与第二层厚度、第一层厚度之和有关，该图中第一层厚度不变，所以，拐点的位置变化为第二层厚度变化所引起。与两层开发部相类似，随着H2的增加，拐点很明显的向低频方向移动。这种变化规律提示我们，拐点的位置与层厚度存在着某种密切的相关关系，研究这种相关关系可以导致产生对层厚度的定量解释方法。 12 瑞利波 图14 三层介质瑞利波频散曲线随第二层厚度的变化 (三)层状介质中瑞利波传播速度与波长的关系 V,RR 图15是两层介质条件下，(-)曲线随第一层厚度不同而变化的情况，第一层的V,RR =90m/s，第一层厚度分别为1、3、5、7、9m;=133m/s。从图中可以看出，(-)VVV,R1R2RR曲线的变化规律与(-)曲线相类似，当较小时(8H,V,RRR时，才可看出曲线上第二层的渐近段，因此可以认为: H时，，当>8H时，,V,V,RRR1V,V。 RR2 VV,V,V对比(-f)曲线与(-)曲线的特征，可以看出，(-)曲线的特征较(-f)RRRRRR V曲线特征更直接地与层厚度相关。因此，在实际工作中，往往把(-f)曲线转换成RV,(-)曲线。 RR 13 瑞利波 V,,RR图15 曲线随不同厚度的变化 四、影响瑞利波频散曲线变化的因素 1.决定瑞利波传播速度V的主要因素 R 岩石或土体中的矿物成分、结构、密度、孔隙度是决定瑞利波传播速度的主要因素。通 VVV过前面的学习，我们知道，与成正比，而影响横波传播速度大小的因素是众所共SSR 知的，不再叙述。 14 瑞利波 2.、、对的影响 ,VVVSPR 介质的弹性性质由、和三个量来描述与用弹性模量、、来描述是一致E,,VVvSP 的，因为所有的弹性模量均可由、和求得。在瑞利波频散曲线的正演计算中，用、,,VVSP 和参数更为方便，因此，这里主要讨论、、对的影响。 ,VVVVVSSPPR 3图16是第一层介质密度分别为1.8、2.2、2.4g/cm ,其他参数不变时计算的二层, (-)曲线，由图可见，三种密度所对应的值最大差值为10m/s。 VVfRR ,V,fR图16 对曲线的影响 V图17是第一层参数不变，第二层=1000m/s，第二层分别为700、580、400m/s时VSP V计算的三条(-)曲线，从图中可以看出，在低频段，值随着第二层值变化而成VVfSRR V:1。即比例的变化，比例约为1分别700和580m/s、差值为120m/s，V值分别为560SR V和470m/s，差值为90m/s。说明的变化对V的影响较大。 SR 15 瑞利波 VV,fSR图17 对曲线的影响 图18是二层介质的不变，分别为=462m/s，=577m/s，分别为1400、1155、VVVVS2SS1P1 942、770、660m/s，分别为1748、1443、1000、888、824m/s，计算的5条(-)VVfP2R曲线，从图中可以看出，在低频段，从1748m/s变化到824m/s,速度变化了924m/s，而VVP2R值最大只变化 了40m/s，在高频段，从1400m/s变化到660m/s，变化量为740m/s，而VVP1R值只变化了33m/s。可见的变化量与的变化量之间的比例关系约为1:22。所以，认VVRP 为的变化对的影响较小。 VVPR VV,fPR图18 对曲线的影响 16 瑞利波 3.界面深度对(-)曲线形态的影响 VfR 在两层介质中，界面的深度对(-)曲线形态没有影响，如图13所示，只是随着VfR 深度H的增加，曲线的拐点向低频方向移动。图19是二层介质条件下的(),V/,,,fRR曲线，从图中可以看出，随单位波长变化的极值点随深度增大有规律的减小，且向低频VR 方向移动。 图13 两层瑞利波频散曲线随厚度的变化 17 瑞利波 ,VR,f,,R图19 不同深度的曲线 在多层介质中，中间层厚度的变化，会引起(-)曲线形态有较大变化，如图12VfR 中，当中间层厚度H为1-2m时，曲线形态类似于两层(-)曲线，随着H的增大，曲VfR 线上才逐渐出现中间层的渐近线。 VR 18 瑞利波 图12 三层介质瑞利波频散曲线 4./的变化对(-)曲线的影响 VVVfR(1，1)R1R 图20和图21分别是两层条件下不同/和三层条件下不同/时的(-)VVVVVfR3R2R1R2R曲线，从图中可以看出，V/的变化对(-)曲线的形态没有影响。图20是二VVfR(1，1)R1R 层介质条件下，()曲线，从图中可见，随着/的增大，(),V/,,,fVV,V/,,RRR2R1RR V的极值显著增大。因此，可以认为，层状介质中，当层厚度一定时，/的变化不影VR(1，1)R1响(-)曲线形态，但对(-)曲线拐点处的梯度有较大的影响。 VVffRR 19 瑞利波 ,VR,f,,V/VRR2R1图20 两层介质不同时曲线 V/VV,fR3R2R图21 三层介质不同时的曲线 瑞利波法用于工程地质勘察或原位测试等方面能够解决诸多的地质问题不同的勘察目的要求的精度不同，其野外工作方法也不相同。例如，要求的分辨率高，则频率间隔应小些，反之，可以大一些，勘察目的的不同，方法技术显然是有区别的。下面从稳态面波法和瞬态面波法分别介绍如下。 20 瑞利波 五、稳态面波法 1.(一)工作布置 瑞利波勘察一般采用纵观测系统，即激振点和检波器排列在一条直线上，图4。3。1是利用24道地震仪做为信号采集仪器的一个

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工作布置图。这是一种连续测试的工作布置，如果不是要求对地下地质剖面进行连续测试，而是像钻探那样，以一定间隔布点，则激振器两边各放置3-4道检波器为宜。 ,x,x为简化计算工作道间距一般为等间隔，在稳态等幅激振条件下，应满足下式: VR(4) x,,,,Rf ,x在稳态变幅激振条件下，应满足下式: ,x,N,R 式中N为激振信号相邻两大振幅间的周期数。 图22 野外工作布置图 21 瑞利波 2.频率范围与频率间隔的选择 采用什么样的工作频率范围和频率间隔与勘察目的、要求的分辨率、精度以及地质条件等因素有关。在选择频率范围时，主要考虑要求的勘察深度，确定采用的频率间隔时，主要考虑精度和分辨率。由式(4)可知，波长与场地内波速成正比，与频率成反比，勘探深,R 度H与波长成正比，即: H,,,R 式中是波长深度转换系数。 , 如果某场地要求勘察深度为0.5-15m，波速为150m/s,假设取为0.5，则频率范围V,R 可取150-5Hz。 ,H频率间隔，即相邻频点差的确定，可采用如下方法。假设要求分辨率为(m)，则波长变化为=。即 ,,,H/,R ,，,,,(H，,H)/,R1R1 所以 f,V/(,，,,) i，1RRiR =,V/(H，,H) (4。3。2) Ri H,,V/ffff,f式中;、为相邻的两个频点，且。 iRiii，1ii，1 ,H设上述场地=0.5m，则勘察所采用的频率如表3所示。 以上只是例举了一个确定频率间隔的一般性方法，实际条件下，地下介质不可能很均匀， V因此，实际工作中可对值变化较大的某些频点间隔进行适当加密。 R V表3 ,=0.5,=150m/s时勘察深度与所用频率对照表 R 频率f/Hz 深度H/m 频率f/Hz 深度H/m 频率f/Hz 深度H/m 备注 150 0.5 13.5 5.5 7.1 10.5 V=150m/s R 22 瑞利波 75.5 1.0 12.5 6.0 6.8 11.0 H=15m ,H,0.5m50 1.5 11.5 6.5 6.5 11.5 37.5 2.0 10.7 7.0 6.2 12.0 30 2.5 10 7.5 6 12.5 25 3.0 9.4 8.0 5.8 13.0 21.4 3.5 8.8 8.5 5.6 13.5 18.8 4.0 8.3 9.0 5.4 14.0 16.7 4.5 7.9 9.5 5.2 14.5 15 5.0 7.5 10.0 5 15.0 3.瑞利波的激发与接收 1(激振器安装 目前使用的电磁激振器有悬挂式和卧式两种，图23是悬挂式激振器安装图示，三角架与震板应旋转水平，所用橡皮绳(或弹簧)的弹性应适度，在弹性苦海无边内，挂上激振器 l后，橡皮绳的伸长量应满足下式: 2 (5) l,9g(2,f)c 式中，g为重力加速度，为瑞利波勘察下限频率。 fc l应满足下式(5)，即使得激振器与橡皮绳组成的质量，弹性系统的自振频率 f,f/3.卧式激振器安装方便,应保持水平,防止倾斜. 0c 激振器安装完毕后,即可给激振器一定频率的电流,使之开始激振,电磁激振器有一暂态过程，当激振器工作稳定后，方可进行瑞利波信号的采集接收。 2(瑞利波的接收 (1)检波器的选择与安置:使用的检波器适用频带应和瑞利波工作频带相一致，动圈检波器的自振频率不同，频带也有较大差别，使用前，应对其进行测试，一般情况下，可参照表4使用。 23 瑞利波 图23 悬挂式激振器示意图 表4 不同自振频率的检波器适用频带 检波器自振频适用频 率/Hz 带/Hz 4.5 5-20 10 15-140 100 100-200 检波器应安装垂直，并保证与地面有良好的耦合。 (2)仪器测试与参数选择:测试工作开始前，应对接收仪器的各种参数进行调试，记 录长度应保证有2,3个信号周期，增益的大小应能使得瑞利波的振幅显示3-5mm为宜，以 便通过屏幕对接收的信号质量进行监视。 六、瞬态面波法 1.工作布置 ,x瞬态法现场工作布置如图24所示，图中M点为测试点，两检波器间距离为，为了 ,x使得两检波器接收的信号有足够的相位差，应满足下式: ,/3,,x,, (6) RR 则两信号的相位差满足: 2,/3,,,,2, (7) 24 瑞利波 ,x所以，随着勘察深度的增大，即增大，的距离也应相应增大，如图24所示。 ,R 图24 瞬态面波法排列布置 2.瑞利波的激发 瞬态法勘察的结果，主要受激发的瑞利波频率的影响，如表3中，要使勘察深度达到15m，必须激发出有足够能量的频率下限为5Hz的瑞利波，要有表3中的分辨率，相应的频率范围也应为150-5H z,且要保持足够的连续性。 瞬态法震源一般采用落重法，即以一定质量为M的重块，提升H，自由落下撞击地面，从而产生瑞利波，这种震源产生的地震波的主频可用下式表示: f0 1/2，4r，,10f,(8) 0,,2M(1,v),，， ,式中，r为重块底面的半径，为剪切模量，为泊松比，从式中可以看出，f与震v00源重块质量的平方根成反比，与重块底面积半径的平方根成正比。因此，当进行浅深测试时，可采用小铁锤，当测试深度较大时，可采用大铁锤或重铁块做为震源。式(8)虽给出了震源质量、半径与主频的关系，但在实际应用时，须在测试现场，根据要求诉频率范围及分辨率进行试验，以筛选出合适的震源重量。 3.瑞利波的接收记录 瞬态法勘察的记录与浅层地震勘察类似，但背包袱分析时，主要采用频谱分析，而目前 N,t的记录仪大部分是数字化记录仪，频谱也是离散化的。,f,1/(N,t)(为记录时间)。如表3，高频时记录时间可短些，低频时，记录时间应长些。 瞬态法的有效信号和干扰信号在记录上难以区别时，应在同一激发点重复接收3-5次，把重复接收的信号叠加，取其平均值，以加强有效信号，压制干扰信号。在测点的一侧激振 25 瑞利波 和接收完成后，可把震源殉至测点的另一侧，再重复激振接收3-5次，把两侧的测量结果平均，做为该点的最终结果。 4.注意的问题 从前面的分析可知，瞬态波法是通过测量同一频率信号的某两道到时差(或相位差)来求瑞利波速度，进而求出频散曲线，通过频散曲线来解决工程地质问题的，可邮包，这一到时差(或相位差)的准确与否直接影响到最终的成果质量。实践证明，用于接收瑞利波信号的检波器的相位特性并非完全一致，因此，在进行野外施工前应对投入使用的检波器的相位特性进行检测，眉头可能筛选出相位特性较为一致的检波器，用于实际工作只有这样才能获得较好的效果 。 七、工程地质勘察 1.瑞利波工程地质勘察主要内容 瑞利波用于工程地质勘察主要解决如下几方面的地质问题: 1(地层的划分 根据实测频散曲线的变化规律，进行地层的划分。确切 地说，瑞利波法是按波速的变化来划分地层的，或者说是近按土的物理力学性质划分的，不同于钻探按土的地质成因、颗粒级及塑性指数来划分 地层。当不同的地层波速有足够的差异时，瑞利波的分和钻探的分层是一致的。反之当相邻层具有可分辨的波速差异、如粘土层从松软流塑状态过渡到硬 质状态，波速可从80-300m/s。松散的砂层过渡到极紧密的砂层，波速可以从130-330m/s。VVRR 按目前瑞利波的分辨率，每类土中按“软硬”或“松密”程度划分四个等级，即40-50m/s的波速差异精度是足够的。但在无钻孔资料时，无法分辨是坚硬粘土层或中密砂层。 2(研究土的工程性质 除直接用波速描述土的工程性质外，不可利用与某些物理力学参数的关系计算工VVRR 程上常用的土的工程性质指标，如换算标贯击数，计算弹性模量、评价地层的承载能力等。 3(为抗震设计提供参数 划分场地土类别，判别地基土液化，研究地基的振动特性等。 2.工程地质勘察实例分析 1(水塔地基勘察 26 瑞利波 该场地工程地质条件较差，原利用挤密碎石桩法进行加固处理，在施工过程中发现水塔下地质情况与原勘察结果不符，据此在水塔基础下施工打了三个钻孔，钻孔结果如图25(a)所示，通过钻探发现在2.0-6.0m深度内存在一层厚度约为0.8-4.0m的淤泥质软弱粘土层。为查清该层在场地内分布，我们在该场地内施测了6条连续剖面，以确定地层的厚度和评介场 地土的工程性质。 图25 瑞利波勘察与已知地质剖面对比图 图26是实测的通过ZK4、ZK14、ZK1三个钻孔的剖面上三个测点的瑞利波频散曲VR ,线(图中深度坐标H=0.8)。从图中可以看出，频散曲线自上而下的变化由高高V,,R 低高。即认为可以分为四层，各层的波速关系为。利用层厚度，V,V,V,V,R1R2R3R4层速度综合解释法，计算的各层和层速度如图中所示。 HViRm 27 瑞利波 图26 实测频散曲线综合解释图 图25(a)是瑞利波勘探解释的剖面图，在10m深度范围内分为四层，自上而下为:1层:波速90-106m/s，厚度1.2-1.8m。2层:波速116-120m/s,厚度0.4-3.3m。3层:波速80-93m/s，厚度0.8-4.4m。4层:波速 117-123m/s. 图25(b)是ZK4、ZK14、ZK1三个钻孔所控制的地质剖面图。对比图25(a)和图25(b)可以清楚地看到，两种方法所提示的层厚度及其变化规律基本一致。其中3层为淤泥粘土，波速80-90m/s. 为进一步研究各层土的工程性质，计算了各层的标贯击数，关依据值给出了NN63.563.5各层的承载力。利用式(9)和式(10)分别计算了动杨氏模量和动剪切模量。 E,dd 2,3 (MPa)(9) E,2,V(1，v)，10dSd 2,3 (MPa)(10) ,,,V，10dS 3式中，为动泊松比，为密谋(g/cm), 计算结果见表5 ,vd 表5 土层的物理力学参数 2土层序号和名称 ρ/(g/cm) υ μ/MPa N(击) V/(m/s) E/MPa dd63.5Rd ?素填土 98 1.80 0.40 19.9 56.0 1.6 ?轻亚粘土 118 1.87 0.40 30 84.3 2.2 ?泥质粘土 86.5 1.70 0.40 14.7 42.7 0.8 ?亚粘土 120 1.86 0.40 30.6 85.8 2.4 ,EN从表5中可以看出，第3层的、、均比其他土层小的多，说明该层工程性63.5dd 质很差。同时考虑到该层厚度不均，而碎石桩主要靠桩周围土垢侧限力而成桩。因此，水塔基础不宜采用碎石桩法加固处理，建议采用刚性桩基，且桩长应穿透到第4层。 2(瑞利波勘察与钻探勘察的对比 试验地点位于河北物探大队资料楼前空地内。图27是钻探、标贯试验、跨孔波速测量和瑞利波勘探等各种方法所得结果的综合图。 28 瑞利波 图27 瑞利波勘察结果与钻探结果的对比 该处的地层情况见图27(a)实测瑞利波频散曲线如图27(b)所示，标贯试验和跨孔N63.5波速测量随深度的变化情况见图27(c)。 VS 图27(b)中实测频散曲线(点划线)离散性较大，解释前须进行圆滑，圆滑的方法如VR 图所示，图中虚线为圆滑后的频散曲线。频散曲线自上而下波速由高低高。同时，V,,R 也可看出值由高向低再由低向高的变化均较缓慢，说明地下地层并非是简单的三层构造，VR V,V,V,V,V而是分层逐渐降低和升高的，波速关系应该为:，即至少可以R1R2R3R4R5 V分为五层。根据这种设想，参考图27(a)地质柱状图，解释的各层厚度和分层波速如图Rm24(c)中所示。第一层，对应于杂填土，厚度约为1m，V=140m/s.第二层厚度为1.5m，粉R1 VV砂，=113m/s。第三层为粉土和粘土，=102m/s，厚度为4.0m。第四层为粉砂层，厚R3R2 VVV度为1.5m，=121m/s。第五层为细砂，厚度为3.5m，=168m/s。对比图27(c)中和R5RmR4 N随深度的变化规律，可以看出两者随深度的变化情况基本一致。通过图27(c)中瑞利波63.5 29 瑞利波 法的分层结果与图27(a)钻探分层的对比，可以看出，由于粉土和粘土层波速差异很小，瑞利波法只能把该两层划为一层，其他地层的划分基本与钻探分层相一致。 3.某厂房地基础瑞利波勘察 (1)工程及地场地工程地质概况:该厂房占地面积190×96m,采用灌注桩基础,场地内为十几米深的第四系全新统沉积地层,地层主要由粉质粘土、粘土、细砂及砾砂等组成。经钻孔揭露，场地内地层厚度不均匀，且连续性差，作为桩基持力层的细砂层深度变化大。为了方便桩基施工且保证桩基打入持力层，受厂方和设计单位委托，采用瑞利波法进行了勘察，勘察主要目的是划分浅部第四系地层，提交 标准贯入击数等值线断面图，确定沿桩基N63.5 轴线持力层的深度变化。 (2)工作布置:沿三排桩基的轴线布置了三条勘探线，如图28所示。在勘探线的水平和垂直方向均实施连续勘探。频率范围150-13Hz。共24个频点，勘探深度8m，每米厚度内平均3个频点。 图28 某厂房瑞利波勘察工作布置图 N(3)勘探结果:图29是利用实测的瑞利波传播速度，计算的值，绘制出?、?63.5 NN剖面等值线断面图。从图中可以看出，在0-6m深度内，值一般小于10，7m深63.563.5 NN度左右值大于且连续性较好，因此，认为=15的等值线的深度可作为桩基的持力63.563.5 层。 图30是利用?、?、?条剖面的勘探结果，用内插法色绘的3-4m、4-5m、5-6m、6-7m NN四个深度平面内等值线平面图，从该图中可方便地了解值在不同深度平面内的变63.563.5 化情况。 30 瑞利波 N63.5图29 ?和?剖面等值线断面图 图30是利用?、?、?条剖面的勘探结果，用内插法勾绘的3-4m、4-5m、5-6m6-7m N四个深度平面内等值线平面图， 63.5 31 瑞利波 N63.5图30 等值线平面图 从该图中可方便地了解值在不同深度平面内的变化情况。 N63.5 图31是瑞利波计算的与动力触探值随深度变化的对比曲线，可以看出两种NN63.563.5 方法得到的仁政及其随深度的变化趋势是吻合的。同时也说明选择7m深度作为持力N63.5 层(>15)也是合适的。 N63.5 32 瑞利波 N63.5图31 瑞利波勘察与动力触探值对比 八、软地基加固处理效果评价 当地基上的工程物理性质不能满足建筑设计要求时，一般须对地基进行加固处理，挤密或振冲碎石桩、灰土桩、渣土柱是常用的加固处理方法之一。软地基经这些方法处理后，不但原地基本身的工程物理性质可以得到改善，而且在土体内形成按一定规律颁布的碎石桩。如图32所示。 图32 碎石桩复合地基示意图 碎石桩的桩体是由散粒碎石构成的。它是依赖于周围土的侧限力而成桩，这种地基在建筑荷载的作用下，虽然碎石桩和土的压缩模量各不相同，导致了桩土间应力的重新分配，但散粒结构的碎石桩为一柔性体，利用其可能够协调桩、土境的应力差异，使得桩土同步沉降，这样就构成了所谓的复合地基。 形成的复合地基是否达到了预期的处理目的，一般须通过检验来确定，以住常用的检验手段是静荷载试验，动力触探等，这此方法虽然均能不同程度的取得较满意的结果，但均需耗费较多的人力、财力和时间。而且有时受客观条件的限制，静荷载试验难以实现。动力、静力触探得到的资料往往离散度较大，在评价承载力方面可靠程度较差。因此，自碎石桩复合地基得到应用以来，人们就开始寻找一种新的快速可靠的检测手段。瑞利波用于地基加固处理效果评价正是迫于这种社会需求和方法本身的优势而发展起来的。 1.瑞利波检验复合地基的内容 1(地基的承载能力 33 瑞利波 根据实测值，利用式(11)至式(16)计算相应于S/B为某一值的承载力和变形模VR 量。 ,53.5369 (100<<165) (11) V[R],4.6332，10VRR0.01 ,63.5899 (100<<165) (12) V[R],4.5666，10VRR0.015 ,53.4372 (100<<160) (13) V[R],1.1405，10VRR0.02 ,73.4378 (100<<165) (14) VE,4.6984，10VRSR0.01 ,73.4738 (100<<165) (15) VE,2.2870，10VRSR0.015 ,73.50238 (100<<165) (16) VE,3.1163，10VRSR0.02 或者利用与值的相关系计算出值，再按有关规范规定给出地基的承载能NNV63.563.5R 力。在现场可分别实测出复合地基和桩间土的值，因此，可分别计算出复合地基承载力R VfR 和桩间土的承载力。利用式(17)可计算出碎石桩单桩承载力:RRSP R,R，(R,R)/m (17) PSfS m,S/SS其中，，为桩的截面积，S为平均单桩所占有土的面积(见图32)。进桩桩 而计算出桩土应力比n: n,R/R (18) PS 2.评价垂向和水平地基的不均匀性 V进行瑞利波勘探时，在垂向和水平方向上的均可实现连续测量，根据两个方向上值R V的变化，或根据值计算出的承载力在两个方向上的变化，可很容易地了现其不均匀性。 R 3.判别地基砂土液化 34 瑞利波 判别砂土液化时，可取。与用值判别一样，必须结合地V,V/(0.92,0.94)NSR63.5 质情况进行。当根据《建筑抗震

设计规范

民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计

》GBJ11-89中的规定，经初步判别后认为需要进一步进行液化判别时，可采用式(19)或式(22)进行判别。当场地内有标准贯入试验资料时，应注意利用和进行综合判别，以提高判别结果的可靠程度。 NV63.5S 2.工程实例 1(廊坊市新汽车站碎石桩地基加固处理效果评价 (1)工程概况，拟建的廊坊汽车站位于廊坊火车站广场东侧，建筑物基础长度105m，宽26m，为一大型汽车站。建筑要求复合地基承载力150kPa，按8度抗震设防。 , 该场地原为养鱼塘，经填土碾平后，地基土不能满足建筑物对承载力和抗震设计的要求，为此，利用挤密碎石桩进行了加固处理。 为检验碎石桩加固处理的效果，我们利用瑞利波法为主，辅以动力触探和跨孔波速测量对处理后地基进行检验评价，其任务为;一是检验碎石桩复合地基的容许承载力，并评价承载力的横向上的变化情况;二是判别地基砂土液化。 现场工作共完成6条测线，分别为基础的A、C、D、H和L轴线及天然地基测线1条，总长度355m(相当于48个检测点)。动力触探3个孔，跨孔波速测量3组，工作布置如图33。 图33 廊坊市新汽车站地面复合地基承载力分布图 (2)检验结果:复合地基承载力，图34是计算的A、C、D轴线内复合地基的承载力断面图，从图中可清楚地看出，在0-1.5m深度内，水平方向上承载力为130-190kPa，可认 35 瑞利波 为横向上存在着较大的不均匀性，在垂向上，自上而下承载力逐渐增大，如C轴的中间1-1.0m，承载力为130-140kPa，1.0-2.3m,为160-180kPa，2.3m 以下为190-250kPa。图33是根据5条测线的计算结果勾绘的复合地基承载力分布图。从图中可清楚地质出基础平面内承载力的变化情况。从图中还可以看出，若基础开挖至1.0m尝试则天载力可采用160kPa。 图34 廊坊市新汽车站复合地基承载力断面图 图35是天然地基承载力断面图，对比图35和图34可看出，地基经碎石挤密加固后，承载力提高了50-60kPa。 36 瑞利波 图35 廊坊市新汽车站天然地基承载力断图图 砂土液化判别:该场地砂土液化的判别，采用一两种方法，一是利用值判别，另N63.5一是值判别。用值判别时，使用的是《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中提出的判VNS63.5 别式: 3,, (19) N,100.9，0.1(d,d)crswPc 式中，为临界值;为标贯点深度;为地下水位深度;为粘粒的百分含量。 NddP63.5swc 当实测值大于时，判别为非液化，反之，为液化。用值判别砂土液化 时，NNV63.5crS则采用式(22)。实测的三组钻孔的岩性，值，值，计算的、以膛对不同深NVNN63.5Scrscri度地层的液化判别结果见表6。 表6 廊坊市新汽车站砂土液化判别结果 砖 层底层厚/m 地层岩性 实测实测液化判别(烈度8度) V N,孔 深度NV63.5S N判别 V判别 63.5S号 (击) (击) /m (m/s) 素填土 否* 否* ZK 1.45 1.45 20.0 111 1 杂填土 否* 否* - 2.80 1.35 5.0 111 轻亚粘土 否 轻微液化 ZK 3.70 0.90 13.0 121 6.5 141 2 亚粘土 轻微液化 轻微液化 5.80 2.10 6.62 126 7.0 145 轻亚粘土 轻微液化 轻微液化 6.60 0.80 2.73 126 8.4 147 细砂 否 7.75 0.95 15.1 14.0 杂填土 否* 否* ZK 2.90 2.90 12.0 140 3 轻亚粘土 否 否 - 3.60 0.70 8.0 142 6.5 141 亚粘土 否 否 ZK 5.90 2.30 9.5 151 7.0 145 4 轻亚粘土 否 否 7.10 1.20 10 163 8.4 147 细砂 轻微液化 7.55 0.45 12.5 14.0 素填土 否* 否* ZK 2.40 2.40 6.0 127 5 杂填土 轻微液化 - 2.90 0.50 132 140 轻亚粘土 ZK 3.70 0.80 27 10.7 6 亚粘土 否 轻微液化 5.70 2.00 8.5 137 7.0 145 轻亚粘土 否 轻微液化 6.50 0.80 16.4 140 8.4 147 细砂 轻微液化 轻微液化 7.55 1.05 11.6 144 14.0 170 (3)结论与建议:复合地基承载力在地面表层0-1.0m深度内，横向承载力不均匀，约 37 瑞利波 有1/2面积为130-140kPa，不能满足设计150kPa的要求。建议该基础开挖深度1.0m，复合地基承载力可采用160kPa。天然地基承载力为60-130kPa，基础开1.0m后，承载力可达到160-190kPa，较天然地基搞高60-80kPa。 由表6可以看出，在基础4.0m以下，局部存在有轻微液化层，建议设计部门考虑建筑物类别后，酌情对上部结构采取措施 。 2(确定地基加固处理影响范围 北就某厂房基础10m 深度范围内，地层分布情况如下: VR图36 复合地基,天然地基等值线图 ?层填土:杂色，稍湿，含大量碎砖及煤块，层厚1.1m;??层云素填土:黄色，122 以粉细砂为主，稍湿，层厚0.7m;?层粉细砂:黄色，稍湿-饱和，稍农牧民-中密，见薄层理，地下水位以下呈流动态，局部夹粉土薄层，层厚2.2-2.9m;?层细砂:灰色，饱和，1 稍密，中密流动态，局部夹中砂及粉土薄层，层厚5.0-5.2m;?层粉土:黑色，饱和，软2 塑含有机质，中压缩性，层厚0.4-0.6m;?层细砂:黑灰色，饱和，流动，夹粉土薄层，3 该层未穿透。 天然地基承载力100-110kPa，不能满足设计160kPa要求，且?、?为液化层。因此，采用振冲碎石桩对地基进行了加固处理。 38 瑞利波 图36是加固区和非加固区瑞利波速度等值线图，从图中可以看出，地基经碎石桩加VR 固后的复合地基值较非加固区提高了30-50m/s。复合地基桩间土，天然地基承载力见表VR 7。 VR图36 复合地基,天然地基等值线图 R表7 复合地基,桩间土和原状土承载力[]值 复合地基 桩间土 天然地基 深度/m 承载力/kPa 深度/m 承载力/kPa 深度/m 承载力/kPa 0~3.5 180 0~1.0 110 0~1.0 100 3.5~5.5 190 1.0~4.0 130 1.0~5.5 110 5.5~8.0 210 4.0~8.0 180 5.5~8.0 90 8.0~11.0 200 8.0~11.0 200 8.0~11.0 200 从表8中可以看出，复合地基承载力可达180kPa，较天然地基100kPa提高了80kPa，满足了设计160kPa要求。 39 瑞利波 从图36中还可以看出，复合地基在12m深度范围内，消除了液化，振冲碎石桩的影响为距复合地基2.5m的范围。 九、或在地基抗震设计中的应用 VVSR 1.划分场地土类型和场地土类别 大量的震害调查资料表明具有两个特点:一是建筑物的破坏主要由地震波引起的地面水平晃动所产生;二是诸多影响震害程度的因素中，地基土的“软”、“硬 ”程度是一个主要的影响因素。由式(4。4。6)可以看出，值的大小直接反映了地基土的抗剪程度，同时VS 也间接反映了地基土的软”、“硬 ”程度。因此，国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中规定，“场地土的类型宜根据土层剪切波波速按表8来划分。” 表8 场地土的类型划分 场地土类型 土层剪切波速度(m/s) 备注 坚硬场地土 V >500 SV为土层横波速度 S?500 中硬场地土 250500m/s土层顶面的距离。 00S 表 9 建筑场地类别划分表 类别 条件 建筑场地覆盖层厚度d/m 类别 080 坚硬场地土 ? 中硬场地土 ? ? ? ? 中软场地土 ? ? ? ? 软弱场地土 ? ? ? ? 40 瑞利波 瑞利汉卡勘察用于场 地土类型的划分，一是无需钻孔，在地面即可完成测试;二是实测的值直接反映了测试深度以上各层的加权平均波速。根据与的关系(见表10)，VVVSRR 用代替时，当>250m/s;=/0.93。当=140-250m/s时，=/0.94。当VVVVVVVVSSSRRRRR 140m/s时，=/0.95。 VVV,SRR 表10 瑞利波速度与泊松比关系表 ν ν ν ν V/V V/V V/V V/V RSRSRSRS0 0.874032 0.21 0.912707 0.32 0.930502 0.43 0.946303 0.02 0.877924 0.22 0.914404 0.33 0.932022 0.44 0.947640 0.04 0.881780 0.23 0.916085 0.34 0.938526 0.45 0.948959 0.06 0.885598 0.24 0.917751 0.35 0.935018 0.46 0.950262 0.08 0.889374 0.25 0.919402 0.36 0.936433 0.47 0.951549 0.10 0.893106 0.26 0.912036 0.37 0.937936 0.48 0.952820 0.12 0.896789 0.27 0.922654 0.38 0.939372 0.49 0.954074 0.14 0.900422 0.28 0.924256 0.39 0.949792 0.50 0.955313 0.16 0.904003 0.29 0.925842 0.40 0.942195 0.18 0.907528 0.30 0.927413 0.41 0.943581 0.20 0.910995 0.31 0.928965 0.42 0.944951 2.饱和砂土液化判别 影响砂土液化 的主要因素为:土颗 粒粒径、砂土密度、上覆层厚度，地面振动强度和振动持续时间及地下水埋藏深度等。 当初步判别认为需进一步进行液化判别时，除可采用标准贯入击数N来判别外，沿63.5 NV可采用其他方法来判别。目前国内除用外，通常采用横波波速值来判别，这是因为63.5S VV值的大小与土颗粒的粒径，砂土的密度有关。常用的判别式有如下两种: SS V1(天津TB71-88规范中的判别式 S 21/2V,K(d,0.0133d) (21) scrivss 41 瑞利波 式中，为临界值，为饱和砂土中测点的深度;为系数。当烈度为7、8度VdVKscrisSv时，分别取42和60。当实测值<时，判别为液化，反之为非液化。 VVsiscri 2(国家地震局工程力学所推荐的判别式 ,0.250.21/2(22) ,,,,V,K1，0.125(d,3)d,0.05(d,2)(3/P)scrivsswc 式中，，为临界值，为测点的深度;为地下水深度;为砂土的粘粒含量，VddPscriswc小于3时取3;为系数。当烈度为7、8、9度时，分别取145、160和175。 Kv 当实测<时，部署为液化，反之为非液化。 VVsiscri 3.研究地基的振动特性 1(计算地基土的卓越周期 地基的振动特性，即优势周期(卓越周期)和振幅与覆盖层厚度和横波速有关。优势周期可由式(23)计算: T0 HiT4, (23) ,0Vsi ii式中，H为第层厚度，一般应计算至波速V500m/s的界面深度;V为第层横波,SiSi速。 T在评价建筑物的高层夺性能时，值是一个重要指标，如果建筑物的振动优势周期与0 T地基的优势周期接近事一致，在发生地震时将人产生共振现象，使振动幅度很快变大，0 可能会导致建筑物的破坏。所以应通过抗震措施改善其抗震性能。 VHTT由式(23)可以抽出，越小，越大，则值越大反之则小。所以值实际上反Sii00映了场地土覆盖层“软硬”程度的一个综合指标，因此，可定性的评价地基的优劣。例如在 T日本《道路桥规范》中，规定在做抗震设计时，原则上地基振动特征值划分地基种类，0见表11。 42 瑞利波 表11 地基种类划分 地基种类 地基优势周期T(S) 0 1类 0.2< T 0 2类 0.2?T<0.4 0 3类 0.4?T<0.6 0 4类 T?0.6 0 2(场地平均剪切模量的计算 场 地平均剪切模量(kPa)，按式(24)计算: , n2,HV,iisii,1, (24) ,n H,ii,1 3ii式中，n为覆盖层的分层层数;为第层土的厚度/m;为第层土的质量密度(/t/m); H,ii i为第层横波波速/(m/s)。 VSi 当覆盖层厚度H过20m 时，取地表以下20m深度范围内的平均剪切模量。当覆盖层厚度小于20m时，取实际厚度范围内的平均剪切模量。 5场地覆盖层厚度H，是指地面至坚硬土层(平均剪切模量或,,50，10kPaV500m/s的土层)顶面深度。 ,S ,利用场地平均剪切模量，进而可计算场地指数和设计反应谱。 3(测量振动能量的衰减 安置在地面上的动力机器，在工作过程中，振动的能量通过基础传至地面，以振动波的形式向周围传播。有时需要预测这种振动对周围环境的影响。方法有两种，一种为计算法，《振动计算与隔振动设计》和《动力机器基础设计规范》中都推荐了计算振动波衰减的公式;另一种方法是实测方法一般情况下，计算的衰减曲线与实测振幅曲线都不能吻合的很好，因此，在有条件时，应力求在现场进行地面振动的衰减测定。测定振动波的种类以测定瑞利波为主。 测定振动沿着地面衰减的设备，与稳态瑞利波勘察设备基本相同，只是激振器功率要求较大，且信号采集仪器系统除可测量瑞利波传播速度外，还可测量质点的振动幅值。现场测定工作布置如图37检波器与激振器安置在一条直线上，道间距采用不等间隔，距激振器近处，布置密些，距离远时，可布置稀一点。这样可以测定出一条如图38所示的振幅随距离 43 瑞利波 增大的衰减曲线。 图37 测定振动波衰减工作布置图 图38 振动波随距离衰减曲线 十、公路质量无损检测 瑞利波法用于公路质量无损检测，可以解决如下几方面的问题确定层状结构各层的厚度;计算路面的抗压、抗折强度;评价路基的载荷能力;探测路面中的裂隙;计算各层介质的动弹性模量(结合纵波资料)。 1.确定结构层的厚度及探测裂隙 图39和图40是引自美国BrajaM.Das.著的《土动力学原理》一书中介绍的一个实例。图39是稳态振动法勘测原理，图中动荷载为正弦函数荷载，对放置地面上的圆形平板做竖向激振，发出瑞利波沿地面传播，移动检波器，使得两检波器的距离恰为一个波长,，则R按下式确定。 V,f, RR ,式中，f为频率/Hz;为波长/m，也可测量给定距离内波的个数，则式中o为某一频R 44 瑞利波 率f在x距离内波的个数。 ,,x/nR 图39 稳态振动法地基检测 图40是在路面上的一个测试结果，图中(a)是实测的随频率f的变化曲线，从图VR中清楚地看出，高频阶段，即在增大，速度急剧变小。主要反映了砾石、砂层以下粘土,R 层的速度。图中(b)是依据V-曲线确定的各层的厚度。 fR 45 瑞利波 V,fR图40 曲线及解释的路基厚度 图41是日本VIC株式会社《VICGR-80型机的地下勘探实例集》介绍的一个实例，利用-H曲线可以推测到混凝土厚度约是7cm，用混凝土钻头进行确认，得知混凝土厚度为VR 7cm，与-H曲线解释结果完全一致。 VR 图41 GR-810型仪器路面厚度探测 图42是路面厚度和路面裂隙检测实例。试验是在沥青路面上进行的，图42(a)是两 V条实测的-H曲线，与国外所介绍的实测曲线一致，它反映了路面结构模型的频散曲线变R VV化规律。从-H曲线，尤其是从图42(a)中右边的-H曲线上，明显地可以解释为:沥青RR 46 瑞利波 路面厚度为13cm，路基厚度27cm。40cm以下为均匀的第四系地层。这一解释结果与实际情况吻合得很好。图42(c)是不同频带内瑞利波平均传播速度在路面横向上的变化。书籍在图中0.8-1.2m间有一宽度为1cm的裂隙，其中充填了砂土。该 处平均值均明显降低，VR使得-x曲线在裂隙处形成“U”字形，说明路面上裂隙的存在会使值显著降低。因此，VVRR 可以用它来评价路面或机场跑道的完整性。 图42 路面厚度及裂隙探测 2.水小组路面强度的计算 利用波速计算混凝土强度，已有较成熟的经验公式可以借鉴，但较准确的关系式应在施工现场通过波速与试压强度的对比进行建立，这里所引用的计算公式均摘自建筑科学院编《水小组物理检验》(建筑工业出版社，1988)。 3.94混凝土抗压强度 R,0.649V (MPa) (25) P压 47 瑞利波 混凝土抗折强度 (26) R,R/(0.0058R，3.5)压压折 书籍混凝土

材料

关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料

接近于泊松材料，即泊松比为0.25，与具有如下关系: vVVPR (27) V,1.8826VPR 利用式(25)、(26)和式(27)计算的路面抗压和抗折强度见表12中“无损检测结果”栏。对表中计算的抗压和抗折强度应做两点说明，一是试压抗折强度是在施工过程中从混凝土搅拌机中取样得出的，所以两者不能完全对比;二是波速与强度的关系受许多因素影响，如水泥品种，骨料、水灰比、养护条件等。因此，准确的计算公式应在施工现场建立，应用式(25)进行计算，只是一种较正确的估算。 表12 公路质量无损检测试验条件 钻探与试压 瑞利波无损检测结果 编号 试验点位置 路面厚抗折抗压抗折V/(km/s) V/(km/s) RP/cm /Mpa /MPa /MPa 农机公司北 a 21.3 5.2 1.714 3.227 22.86 6.29 消防队 b 24.2 6.3 1.714 3.227 22.86 6.29 福友粮油店 c 23.2 4.8 1.714 3.227 22.86 6.29 富有商店南 d 24.7 5.3 1.846 3.475 28.63 7.74 (三)高等级公路频散曲线与水泥便道频散曲线的对比 图43 不同路面频散曲线的对比 图43是高等级公路与水泥便道实测频散曲线的对比，从图中可以看出，两条曲线具有明显的差异，如当H小于0.5m时，高等公路的波速较水泥便道的波速差异约为1000m/s。从图中还可看出，水泥便道的影响深度约为0.5m，高等公路为1.5m。实测的水水泥质量差泥和高等公路(质量好)频散曲线间这种显著的差异，预示着用该方法进行公路质量无损检 48 瑞利波 测是可行的，假设把水泥修便道的质量(极差)和高等公路的质量(极优)间划分为10个质量等级，每级别波速差异为100m/s。这种的分辨率无论从仪器设备和方法技术上都是可以实现的。可以预测瑞利波在勘察公路(或机场跑道等)质量无损检测中会有广阔的应用前景。 十一、地下空间和掩埋物探测 当地下存在空洞或掩埋物时，就会影响瑞利波的传播速度，影响程度与实洞 的直径a，顶面埋深H和波长有关，当5H时，这种影响较小，当=(2-3)H时，,,,,RRRR影响就较大。 1.空洞探测实例 图44和图45是引自VIC株式会社编的《佐藤式全自动地下勘探机(GR-810)》(1986)中的两个实例。图44是无空洞与在洞上方实测频散曲线的对比。图中(a)是空洞赋存状态，图中(b)是无空洞时的频散曲线，图中(c)是在空洞 上方实测的频散曲线，从图中可以看出，空洞对频散曲线的影响特征为:频散曲线在空洞埋深处出现无规律的跳动，把点连成曲线，将成为锯齿曲线。 49 瑞利波 图44 空洞对瑞利波频散曲线的影响 图45是旧煤矿矿井的探测实例，图中(a)是工作布置图，激振器距检波器A为2m，A、B间距为0.5m，然后按0.5m间隔移动B，形成AB、AB2、AB2、AB3„AB6的6种间距。图中(b)是实测的6个间距的频散曲线，曲线B为AB间隔的曲线，因该间隔内没有空洞 ，频散曲线几乎为直线，从AB1开始，B检波器进入空洞上方，曲线开始出现锯齿状跳动，AB5间隔已横跨空洞。空洞的影响就开始减小。 50 瑞利波 图45 空洞探测 2.掩埋物探测实例 地下掩埋物在频散曲线上产生类似于空洞存在时的异常，只有土体中的掩埋物波速一般较土体高，所以，使得在掩埋物上方的值较没有掩埋物时增大。 VR )图46是地下埋设物的探测实例，图中(a)是地下埋设物深度和大小形状，图中(b有两条频散曲线，NO1曲线是在无埋设物的场地实测的，NO2是在埋设物的上方进行探测得到的。重叠的两条曲线可清楚地看出，在埋设物的上面和下面，曲线基本吻合，在埋设物的范围内，两条曲线具有明显的差别。 51 瑞利波 图46 地下埋设物探测 图47(a)和(b)分别是在相距10m左右的两条测线上，横跨管道实测的三个频点的速度在横向方向的变化曲线。频率降至70Hz时，管道上方速度有稍微的增高，频率为50HzVR 时，管道上方速度高达350m/s，而两侧速度只有100m/s左右，频率降至23Hz以下时，速度趋于一致了，因此，用该处正常地层的平均速度=100m/s，利用70Hz和23Hz的速度VR 值分别确定管道的上下边界，利用50Hz曲线确定管道的水平位置。两处解释推断的管道位置如图47所示。已知该处管道埋深0.9m，直径为1m，底座厚度不详，解释的管道项部埋深为0.8m，与实际情况误差0.1m。 52 瑞利波 图47 地下管道探测 总结: 一、瑞利波沿地面表层传播的厚度约为一个波长，同一波长的瑞利波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况。通过激发不同波长的瑞利波，分析其传播特性就能达到勘察不同深度地质情况的目的。 二、均匀介质中瑞利波无频散特性，而在非均匀介质中瑞利波具有频散特性，这一特性是瑞利波勘察的物理基础。 三、瑞利波频散曲线的变化规律与层波速、层厚度有关系，研究这种关系可以对勘察的目的层作出定量的解释。 四、瑞利波法用于工程地质勘察或原位测试等方面能解决诸多的地质问题。不同的勘察目的，要求的精度不同，其野外工作方法也不相同。综合考虑仪器设备、方便程度及资料解释等方面，目前瞬态面波法应用较多。 53