连续介质中质点振动通过介质内聚力会引起相邻质点振动,振动向外传播形成波,波所到之处又会引起质点振动,质点振动测量是研究波传播特性重要手段。表面波顾名思义是沿表面传播的波,通过对表面波质点振动测试可研究表面波传播特性,进而由波传播特性分析波载体几何及材料力学特性参数。对层状半无限体,当下伏半无限体剪切波速高于上覆各层介质剪切波速,表面源激发的表面波场由瑞利波主导,因此,瑞利波也俗称“表面波”。虽然实际地基不是理想水平分层,但相对于测点布置空间尺度,地基可用层状半无限体模型近似,这样,在地基进行表面波测试隐含表示层状半无限体中瑞利波测试。表面波测试并不等同于瑞利波测试,对路面系统或混凝土板件情形,表面波则以泄漏板波或兰姆波为主,通过表面波测试可以研究泄漏板波或兰姆波传播特性。
表面波测试已广泛应用于地基动力学特性测试、松散地层沉积层序划分、场地土和场地类型分类、饱和砂土层的液化判别;地基加固效果检验、路基压实度检测;古墓遗址、洞穴、采空区等地下异质体探测以及坝体、路面等裂缝检测。测试范围覆盖了工程地质、岩土工程勘察、工程物探等领域。目前,表面波测试已被纳入众多行业及国家标准,如《水利水电工程物探规程SL 326-2005》(中国水利水电出版社,2005)、《地基动力特性测试规范GB/T 5269-2015》(中国计划出版社,2015) 、《城市工程地球物理探测标准CJJ/T7-2017》(中国建筑工业出版社,2017) 以及《公路工程物探规程JTG/T 3222-2020》(人民交通出版社,2020)等。为规范测试过程,住房和城乡建设部还制定了中华人民共和国行业标准《多道瞬态面波勘察技术规程JGJ/T 143-2017》(中国建筑工业出版社,2017)。
鉴于表面波测试在工程地质、岩土工程勘察、工程物探等领域重要性,需要一部系统介绍表面波测试技术及方法书籍。本书是在作者已出版的“弹性介质中的表面波理论及其在岩土工程中的应用”及”岩土工程动测技术”基础上,结合作者近年来在数值模拟计算及信号处理方面研究撰写而成。
本书具有以下特点:(1)简洁性。为避免繁琐及枯燥的数学推导模糊章节重点,一些数学推导放在附录部分,供感兴趣读者参考;(2) 条理性及系统性。由浅入深依次介绍均匀半无限体及层状半无限体中瑞利波基本理论、表面波测试及分析方法、表面波测试影响因素及应用; (3)可操作性。书中给出薄层法(Thin layer method)、互谱分析(Spectral analysis of surface waves, 简称SASW)及多道分析( Multichannel analysis of surface waves, 简称MASW) MATLAB代码,也给出数值模拟表面波测试 ANSYS/LS-DYNA 代码,读者可以重现书中结果,在此基础上开展更深入的研究工作;(4) 实用性。依托自主开发的面波分析软件SWCT及现场测试结果讨论了多道表面波测试分析影响因素。