面波法与单孔波速测试法在工程实践中的比对研究|岩土工程勘察 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

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实习生

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2016-09-27

关键词：岩土工程勘察建筑地基处理土工试验

波速测试技术是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利、水电、石油、铁路、冶金、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。
单孔声波测试法在岩土工程勘察中应用最为广泛，它可以同时测得岩土层的P波（压缩波）、S波（剪切波），为场地等级划分提供直接依据，结合土工试验可以查明其他岩土层的原位信息。
面波勘探作为地震勘探的重要分支，因其在纵向高分辨率的特点在工程勘察和场地划分领域也有较大应用，因其数据采集方式较单孔波速测试更便捷、廉价，如果面波波速测试得到结果与单孔声波测试结果一致性高，用面波去代替单孔声波作原位测试有较大可行性。
本文简单介绍一下面波测试和单孔声波测试技术工作原理和野外测试方法，并结合工程实例，说明其应用效果。因重点在两种方法的对比上，本次单孔波速测试只采集剪切波不采集压缩波。
鄙人能力有限，文中不妥之处，敬请批评指正。

1、工区概况简介
本次对比试验工区位于武汉市某处平坦场地，原为内陆湖床，后水位下降形成的滨湖区陆地。海拔约100m，地下水位较浅，地层依次为杂填土、素填土、淤泥土、粉质粘土、黏土、强风化砂岩、砂岩。
场地平整，噪音小，满足剪切波测试和面波测试条件。

2、单孔波速测试（剪切波测试）原理
以岩(土)体的弹性特征为基础，通过测定不同岩(土)层的S波、P波的传播速度，计算岩(土)体的动弹性参数，据此判定岩(土)体的工程性质，为工程设计提供可靠的科学依据。实测一般采用单孔地表激发孔中接收法，即地面激发弹性波，孔内由检波器接收。当地面震源采用叩板时可正反向激发，并产生S波，利用剪切波震相差180°的特性来识别S波的初至时间。
剪切波测试是由人工在地表水平方向敲击木板产生振动（见图1），这种振动沿着地层由浅及深传播开来，并被不同深度的检波器接收，最终根据不同深度及剪切波到达时间求取地层剪切波信息。其现场工作方式见图2。

图1 剪切波震源装置示意图

图2 剪切波现场工作方式示意图

3、面波测试原理
面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的P波和S波不同，它是地滚波。弹性波理论分析表明，在层状介质中，拉夫波是由SH波（水平方向S波）与P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波（垂直方向S波）与P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介质自由表面附近，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。
面波勘探是由人工震源激发，在地层中形成一种扰动，这种扰动沿一定方向在地下半空间中由远及近传播，在传播的过程中被检波器接收，最终基于面波的频散特性（不同频率面波具有不同波速）将不同频率面波分离并绘制成频散曲线，最终根据频散曲线特点去反演，得出地层由浅及深的波速信息。面波勘探现场布置示意图见图3。

图3 面波现场布置示意图

4、现场工作方式和数据采集
4.1 剪切波现场测试
本次剪切波测试采用的12磅铁锤，2m*0.3m*0.1m的木板，累加不低于400kg重物，现场测试孔口震源距1.5m，震源孔口高差0m，钻孔深度40m，测试深度38m，测试移距1m，采用正反剪同时采集方式。现场工作图见图4。

图4 剪切波现场测试

4.2 面波现场测试方法及数据采集
本次面波采用的18道检波器，2m道间距，偏移距8m，24磅大锤激发，垫板尺寸20cm*20cm*2cm。现场工作图见图5。

图5 面波工作图

5、数据处理及结果对比分析
5.1 剪切波数据处理
剪切波数据处理较简单，将采集到的数据导入分析软件，高频干扰较大的时候需要进行数字滤波，数据质量较好时，可直接判断首波声时，每一道波形根据正反剪信号特点确定首波到达时间，即可生产波速随什么变化的波速曲线图，如图6。

图6 剪切波数据处理

5.2 面波数据处理
面波数据处理相较剪切波复杂很多，数据处理流程一般为：导入数据、预处理（排列参数校正、干扰波切除、滤波、归一化等）、频散曲线提取、建立反演模型、反演、成果导出。其处理流程见图7，图8。

图7 地震记录及频散曲线提取

图8 数据反演及误差拟合

5.3 测试结果对比与分析
为了验证上文中两种方法的测试效果，将钻孔资料与两种测试结果进行对比，其对比结果见图9，图10。

图9钻探资料及剪切波波速测试结果

图10面波测试结果及分层

6、结论及建议
由上文中剪切波和面波的测试结果可知，以上两种方法的波速测试结果很相近，剪切波测试得到的结果分层层厚更精细，波速更精准，但是受场地或其他噪音干扰容易在局部波形上出现较大误差；面波测试结果与剪切波基本一致，但是在层厚反演上受道间距的影响较剪切波大，但是整体波速稳定，不会出现不规则的大跳跃。
因而在场地划分领域因不需要精确知道每一米层厚的波速值，可以用面波测试代替剪切波，但是在岩土层原位测试或者其他要求纵向分辨率高、波速精确的领域面波不宜取代剪切波测试。

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