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瞬态面波法在滑坡勘察中的应用

2020-05-14李志刚

水科学与工程技术 2020年2期
关键词:面波瑞利测线

李志刚

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

1 工程地质概况

陕西省北部地区拟建一条高速公路,该区域为毛乌素沙漠至黄土高原过渡地带,勘察地段黄土梁峁沟壑发育,属于鄂尔多斯盆地东北部,跨越陕北坡和金溪弯带两个次生构造单元。北部和东部地势高,海拔900~1350m。地层主要为黄土、砂、粉砂、砂岩、泥岩、页岩等。

根据地质单元,碎屑岩裂隙水和松散岩石孔隙水划分,水文地质条件有显著差异。调查区位于滑坡体的分布区。

2 瞬态瑞利波勘探原理

瑞利波勘探是用弹性波进行勘探,人工激发弹性波沿界面附近传播,勒夫波为水平方向传播的面波,瑞利波为竖直方向传播的面波。瑞利波特征在于界面振动中的高能量,低频率和大振幅,在面波勘察中容易识别。

根据不同震源,瑞利波法可分为稳态瑞利波法和瞬态瑞利波法。瞬态瑞利波法是指一发多收的采集形式,对多个检波器信号进行处理,通过相关计算,从而消除干扰、压制纵波横波,增加有效波信号。

瞬态瑞利波法一般在距离激发震源一定位置布设接收点,其两者沿线方向布置测线排列,逐点进行面波数据采集工作,如图1。

图1 瞬态瑞利波工作原理

在地面激发地震波后,沿测线布置检波器接收并记录体波和瑞利波所引起的地面振动情况,以及波从震源出发至地面各接收点时间。从多道地震记录各波形同相轴分布情况,瑞利波振幅能量最强,波形频率低,提取瑞利波的频散数据。

根据面波的传播分析,波传播越深,振幅越小,能量基本上控制在波长范围内。不同波长反映了地下各层地质情况,通过数据的反演可得到各测点瑞利波波速情况,在频谱分析之后,获得分散曲线,最后可实现划分地层勘探的目的。

3 野外工作方法技术

3.1 技术设计

依据面波勘探基本原理,结合现场情况,采用DZQ24地震仪测量系统1套,Geogiga Surface分析软件,24磅重锤激发信号,使用2.5Hz检波器接受,进行面波参数对比试验,通过对不同参数设置获取的试验结果,获取该区野外数据采集的最佳参数。

3.1.1 偏移距选取

通过现场试验和测试,选择表面波和反射波分离的区域,或在基底和高阶可分离的情况下,选择具有表观表面波的接收部分。根据现场试验选择合适的偏移距。

3.1.2 排列长度选取

面波探测的排列长度主要是满足探测深度要求,一般规定排列长度达到波长的一半,随着勘察深度加大,排列长度与探测深度越接近。

3.1.3 道间距选取

道间距的大小要适中,一要满足薄层探测的需要,二要保证探测最大深度的需要,同时还要兼顾工作效率。一般探测深度不大于40m,道间距不大于3m。

3.1.4 得出相关参数

采样点1024,时间1.0ms,偏移距10m,道间距2.0m,探测点距10m。同时注意瞬态面波法可以利用仪器的信号增强功能,进行多次叠加,以达到提高有效信号抑制干扰的目的。

3.2 工作布置

CH14滑坡体位于高速路里程K27+720~K28+20段,该滑坡体主滑动方向为东南方向,地表覆盖黄土,呈扇形椅状。依照线路已有的桩位和1∶1000的地形图进行布设3条测线,如图2,横Ⅰ测线沿主滑动方向布设,方位137°,长290m,横Ⅱ测线与横Ⅰ测线相互垂直,方位226°,长210m,纵测线与该路段拟建高速公路走向基本一致,方位275°,长180m。

图2 测线布置

4 数据处理

资料数据处理主要是数据传输和处理软件Geogiga Surface分析和处理采集数据,具体过程:第1步处理原始数据,第2步提取和分析频散,第3步多个排列曲线断面,第4步修改地形,形成等速度断面图。

原始资料处理,对原始资料进行整理核对、编录,并结合测区不同地质单元对瑞利波探测资料进行分类。

在面波数据中包含有瑞利波和其他干扰波,如横波、纵波和其他转化波,其他干扰波可加时窗予以滤掉。只有基阶面波是有效信号,并且利用干扰波和瑞利波之间的差异提取基阶面波。

在频率—波数(F-K)域中,容易区分瑞利波的各个能量,并且可以提取基阶的频散数据。

获得基阶面波能量最强,获得瑞利波的频散曲线,逐层分层,形成瑞利波的速度分布,最后形成解释结果图。

对CH14滑坡体测线进行处理,每条测线有多个排列,同时对多个面波进行处理,生成频散曲线剖面,最终生成等速度剖面,如图3~图5。

图3 横I测线频散曲线及等速度

图4 横Ⅱ测线频散曲线及等速度

图5 纵测线频散曲线及等速度

5 物探成果的地质解释

3条测线面波等速度剖面图中黄土层位波速值Vm小于250m/s,黄土、风化层面波速度Vm在220~400m/s,中、微风化的岩石面波速度Vm在400~1200m/s,滑坡体面波速度Vm小于300m/s,如图7~图9。

图7 滑坡体工程地质横I剖面

图8 滑坡体工程地质横Ⅱ剖面

图9 滑坡体工程地质纵剖面

根据面波勘探剖面特点,结合滑坡体的特征和现场观测,推断滑坡体以黄土滑坡为主。滑坡体的特征是显而易见的。滑坡体后缘的拉伸裂缝清晰可见,滑体后壁至前缘长260m,宽190m,滑坡体的厚度一般8~17m,局部截面可达18m。在滑坡体前缘的底部,有大小各异的钙化破碎岩石。滑坡体后墙的原始黄土厚度22m。表明该带含水性较好,可能是地表水沿上部松散物质渗透富集所致,受大气降水、地表水补给明显。

6 结语

(1)通过滑坡时地球物理资料和野外勘察,确定了滑坡体的空间分布特征。为公路建设中的滑坡治理提供了基础,并消除了安全隐患。

(2)瞬态面波法对滑坡体勘察有效可靠,在今后滑坡体勘察过程中具有参考价值。

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