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工程地质中瑞利波法勘探的理论与实践分析

2019-01-06吴远震

中国科技纵横 2019年22期
关键词:瑞利波速瞬态

吴远震

摘 要:瑞利波法是工程地质勘探中的常用方法,对于一些复杂地质条件的工程勘探任务,瑞利波法能够取得较好的勘探效果,准确反映工程地质力学特征。文章首先对瑞利波法的勘探理论基础进行介绍,包括瑞利波介质传播特点以及瑞利波法的基本应用方法等。在此基础上,对瑞利波法在工程地质勘探中的应用实践进行研究,结合工程案例,探讨其应用流程。

关键词:工程地质;瑞利波法;地质勘探

中图分类号:TU195 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)22-0153-02

地质勘探工作在各类工程建设活动中占有重要地位,需要根据地质勘探结果,对施工场地条件、建筑基础状况等进行评价,从而为施工技术方案的制定提供科学依据。如果在地质勘探过程中出现较大误差,则容易引发施工安全问题,还会造成较大的成本浪费。瑞利波法在工程地质勘探中的应用,有利于提高地质勘探结果的可靠性。

1 工程地质中瑞利波法勘探的理论

如图1、图2所示,瑞利波勘探技术与其他的勘探技术相似,在采集野外资料的过程中,不可能只接收或者产生一种波。但是,瑞利波会将其它的干扰波一起收集,不会消除其他因素的打扰,笼统的对野外信息完成采集,以此来实现地质勘探的目标。虽然此种方式看似不可靠,并且当前的瑞利波勘探具有探測空间小的缺陷。所以应用的过程中会受到外界因素的干扰,不过可以将地质情况更加详细的描绘出来,便于工作人员掌握空间内部的相关情况。在地质勘探中,直线性好的体波通常会对瑞利波产生影响,并且利用其极化特点对其予以压制。随后会根据线性的极化程度对时间进行滤波,很大程度上可以实现对几波的消除。经过滤波以后可以强化瑞利波,在同一个测点能够激发三次到五次。将这部分记录信息进行极化滤波,可以实现垂直叠加的目的,然后对信噪比较高的瑞利波进行优化处理。通过以上的方式,工作人员可以获得一条频散曲线,实现对大量随机干扰的消除。此时,瑞利波的信号便会大大增强,直接将地质勘探的结果反映出来,增加最终结果的准确性[1]。

2 工程地质中瑞利波法勘探的实践

2.1 工程地质待勘探区域的概况

根据已经掌握的地质勘察资料,能够发现待勘测区域具有地形平坦的特点,同时地貌单元属于冲击接地。结合所掌握的资料发现,该地层的自上而下依次为,(1)第一层属于工填土,其中表土为耕土,厚度在0.3米至1.1米之间。(2)第二层主要由轻亚粘土、粘土、亚粘土构成,厚度在1.4米至6米之间。(3)第三层主要有卵石、砂组成,厚度在4.5米至8.4米之间。(4)第四层主要为基岩。包括石灰岩、页岩、砂岩三种类型[2]。

2.2 工程地质勘探的具体任务

在本次工程地质勘探中,实现对瑞利波法的应用,具体的勘探任务主要是:要求对拟建厂防止区内的断层边界进行详细的勘察。其中,对于该场地的具体工程勘察任务,主要包括以下四方面:(1)通过地质勘察。确定断层破碎带以及影响带的界限。(2)提供不同试点中,地质岩性构成情况。(3)掌握不同地层层对应的容许承载力值。(4)要求对该区域中的探测深度在30米左右。将以上的任务落实在工程地质勘察中,能够充分发挥瑞利波法的作用,确保本次勘察的结果符合工程项目的需求,为后续的工作提供有价值的参考[3]。

2.3 工程地质勘探的应用方法

为了能够实现地质勘察的目标,确定影响带、破碎带的位置,同时明确相对应的力学性质。因此,需要对瞬态瑞利波、稳态振动瑞利波的最终测试结果予以对比。也就是说,在本次工程勘探中,必须将瞬态瑞利波法、稳态振动瑞利波法应用在其中。具体而言,稳态震动瑞利波法主要是将土动力学作为前提,结合弹性力学进行推导的,此种方式可以在地表的某一个点实现对稳定震源的放置,在稳定震源的同一侧,布置两个不同的垂直传感器。当稳态震源处于正弦波时,传感器所处的位置下方,在位移时呈现出来的曲线公式为:

在上述公式中,VR表示岩土的瑞利波速度,单位是米/秒。表示稳态震源对应的振动源频率,单位是弧度/秒。S是表示两个传感器之间,所对应的水平距离,单位是米。表示第一个传感器所对应的振动相位角,单位是弧度。表示第二个传感器的对应振动相位角,单位是弧度。

如果两个不同的传感器之间所对应的距离,与瑞利波的半波长和波长相等时,那么则会出现以下关系:

该公式中,f表示瑞利波的对应频率。λ表示瑞利波的具体波长。经过研究以及最终的结果表示,如果振动的频率不断减少,那么波长会增加,此时探测的深度也会逐渐增加。

对于稳态振动瑞利波的系统而言,其中的构成包括传感器、混凝土块、数值记录仪、微振放大器、直流调速器、直流电动机、离心式起振器等。具体的地质勘探过程为:启动直流调速器,对直流电机进行调节,实现对转速的控制,以此来改变振器的运行频率。这一过程中,强迫混凝土块对地表测试点产生振动。不同的周期振动,会对土层产生直接的影响,从而在不同的地层中形成瑞利波。此时,具有一定间隔距离的传感器会对瑞利波进行反射。经过放大以后,由数值记录仪完成记录,并且有计算器对最终的结果进行分析、处理。

而对于瞬态瑞利波的测试原理来说,实际上与稳态振动瑞利波原理相同。而其中的差异,主要是需要利用瞬态脉冲波。瞬态瑞利波测试系统的结构,主要包括记录与分析仪、信号采集器、微放大器、组合锤等。在应用的过程中,稳态瑞利波振动测试方法会通过振动的频率获得地质情况。而瞬态瑞利波测试的过程中,主要由锤击而产生信号。所以需要结合被测试的对象,实现对组合谁的应用,以此来形成脉冲波,得到地质情况的结构图。

2.4 勘探数据的整理与分析

利用瑞利波法获取工程地质勘探数据后,可以采用计算机数据分析处理软件,自动完成原始数据分析计算工作。可以利用计算机软件对稳定振动瑞利波波形图、瞬态稳定瑞利波波形图进行分析,计算从测试深度地层到地表的瑞利波平均速度,并对测试区域范围内的不同深度地层瑞利波波速进行测算。然后根据不同地层瑞利波波速和平均波速,结合已有钻探资料,对目标区域的地层进行划分,划分结果如表1所示。

从软件计算分析结果来看,粘性土地层瑞利波波速在125~200m/s之间,砂土瑞利波波速在205~310m/s之间,卵石瑞利波波速在310~498m/s之间,砂页岩瑞利波波速受风化程度影响,强风化岩的波速在400~600m/s之间,中等风化岩的波速在700~900m/s之间,微风化岩的波速在100m/s之间。此外,断层破碎带与岩体的瑞利波波速存在较大差异,断层泥的波速明显低于砂页岩。采用瑞利波法得出的探勘结果与工程钻探结果基本吻合,从中可以反映出目标区域内断层破碎带情况。由于断层破碎带抗震性能较差,属于不均匀岩土地基,需要对天然地基采取加固措施。从本次研究情况来看,瑞利波法时一种工程地质勘探的理想方法。

3 结语

综上所述,瑞利波法在工程地质勘探中的应用,能够全面反映工程区域地质断层情况,掌握破碎带埋深、走向和宽度等信息,为工程地基使用评价提供依据。通过深刻理解瑞利波法勘探原理,把握好瑞利波法的实践应用流程,可以确保勘探结果的准确性。在此情况下,可以根据工程地质勘探结果,合理设计施工方案,确保施工安全性及施工质量。

参考文献

[1] 丁玮,陈灿,聂田.层状介质中瑞利波动力响应及传播特性分析[J].价值工程,2019,38(27):178-182.

[2] 柴华友,柯文汇,陈健.规则层状弹性介质中基阶模态瑞利波频散曲线计算新方法[J/OL].岩土力学,2019(12):1-9.

[3] 彭虎,王章琼,黄祥国.瑞利波探测技术在阳煤一矿3号煤中的应用研究[J].煤炭与化工,2018,41(12):64-66.

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