瞬态瑞雷波法在空洞勘探中的应用研究

瞬 态 瑞 雷 波 法 在 空 洞勘 探 中 的 应 用研 究
崔 洪 波 罗春 霞 高 夕超
摘 要： 运用 Ａ Ｓ ＳＬ Ｄ Ｎ Ｎ Ｙ —Ｓ Ｙ Ａ动力学软件 对 多种含 空洞复 杂地层在 瞬 态冲击荷 载作 用 下的情 况进 行模拟 分析 ， 得到 其 在瞬 态冲击荷载作 用下满足 工程提 取要 求的 多道加速度 时间历程 曲线面波数据 ， 用最大模 的分析 方法对频散 曲线进 运
震源 的选 择 ： 获取 不 同深度 波速 ， 为 要求 震源 产生 各种 频率 长 Ａ＝ｖ ／， Ｒｆ 乘以深度系数 ０ ５ 即可得到 面波 速度 随深 度变化 的 ．，
２ 模 型参 数设 置
本文运用有 限元 软件 Ａ Ｓ ＳＬ Ｄ Ｎ Ｎ Ｙ －Ｓ Ｙ Ａ来模拟 含空 洞 的半无
限大空 间的复 杂地 质情 况下进行模拟分 析 ， 用基于最 大模频 散 曲 线的方法对所得 的瑞 雷波曲线进行分析 ， 到空洞变 化情况 下最 得 大模频散 曲线 变化 规律 见表 １ 。
ｋｍ ｌ
，ｒ ｒ１ Ｉ
图 ４ 模型 ３在产 域最大模 曲线
图 ５ 模型 ４在产 域最大模 曲线
图 ２～图 ５为滤波信号经过傅立 叶变换后 ｆ ｋ － 域最 大模频 散 曲线 图。根据频率 和波数 的关 系 ， 算 面波 的相 速度 ， 算 出波 计 换 频散 曲线 。图 ６～图 ９为滤波信号经 过傅立 叶变换 后 月 ｃ域最 ＿ 。
用道 间距 和偏移距 为 ０ ５ｍ和 ６ｍ。 ． 记 录长度 和采样 间隔 ： 在瞬态瑞波 勘探过程 中采样 间隔 与勘
性 来进行地层 的速 度场地 要求 不高 且能一 次获 得与 深度 相关 的
一
对于浅 层宜 采用较 高 的采样率 ， 之采 用较 低 的采 反 地层面波速度参 数 的特点 。地 下 隐伏空 区与空 洞是 工程 建设 的 探 深度 有关 ， 样率 。本模 型记 录长度为 ０ ２ ６ｓ采样点数为 １ ８ ．５ ， ６次 。 ０ 大隐患 ， 分层并反映浅层地质 问题。它具 有操作简单 、 对 探测快 边 界条件设 置 ： 为避免边 界处 反射 波对 求解 域 的影 响 ， 有 对 速、 对其进行 准确 、 有效 的探查是一项十分重要而又棘手 的工作 。 限域表 面设 置无反射边界条件来模拟半无限大空 间。 瑞雷波法是一种 利用 瑞雷 波运 动学 和动力 学特 征 的进行 工 程质量检测及工程地质 勘探 的一种方法 ， 当对 自由界 面进行 竖 向 ３ 数据 处理 击震时均会在 自由界 面产生瑞雷波 ， 雷波有 三个与工 程质 量检 瑞 测有关 的特性 ： １ 在层状介质 中， 雷波具有频散特性 。 ） 瑞 ２ 瑞雷波的传播速度 与介质 的物理 力学性质密切相关 。 ） ３ 瑞雷波的穿透深度 与波长密切相 关。 ）
Ｏ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８ ０ ０ ０
２ ０ ４ ０
数值模拟 的方法对含 空洞的地质情况进行研究 （ 图 １ 。 见 ）
Ｖ Ｕ
图 １ 瞬态瑞雷波法示意图
６ ０ ８ ０ ０
０４ ０８ １２ １６１８ ． ． ． ． ． ｋｍ ／－
０ ０４ ０ ８ １２ １ １８ ． ． ． ． ． ６ ｋｍ ，。
图 ２ 模型 １在 产咄 域最 大模 曲线 图 ３ 模型 ２在 产咄 域最大模 曲线
０
２ ０ ４ ０ ６０ ８ ０ ０ ｏ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８ ０
Ｕ Ｕ． ４ Ｕ ８ ． １２ ｌ ６ １８ ． － ． Ｕ Ｕ． Ｕ． ４ ８ １２ ． ｌ １ ．
表 １ 空洞变化情况 下最大模频散 曲线变化规律
模 型 模型１ 模型２ 模型３ 模型４ 上 层 上 层 波 速 下 层 厚 厚度 度／Ｉ Ｉ １ ２ ２ ２ ２ ｌ８ ７ １８ ７ １８ ７ １８ ７ ８ ８ ８ ８ 下 层 波 速 １８ ５ ３ ． ｌ８ ５ ３ ． １８ ５ ３ ． １８ ５ ３ ． 空洞 距 离地 正 方 体 空 面 深 度／ ｍ 洞 边 长／ ｍ ２５ ． ２５ ． ２５ ． ２５ ． ０ ｌ ２ ３
・
６ ・ ６
第３ ８卷 第 ３期 ２０ １２年 １月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣห้องสมุดไป่ตู้Ｉ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ． ． １ ３８ Ｎｏ ３
Ｊ ｎ ２ １ ａ． ０２
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２ ０ —０ ６０ １０ － ８ ５ ２ １ ）３ ０ ６ －２
为 得 到 复 杂 地 质 情 况 下 ， 大 模 频 散 曲线 的 规 律 ， 文 运 用 最 本
层 状地质条件下 ， 含软 弱下 卧层 时， 波 的能量 不再 集 中于 面 基 阶面波 ， 而是 随着 频率 变化 分散 于各 阶模 态 中 ， 只提取 基 阶模
态不 能完全反映地层情况 。各个模式 的能量大小 不一样 ， 不 同 在 的频段 ， 能量 占主导地 位 的可能不 是 同一模 式。基 于不 同频 率 ， 提取能量最大的一阶 ， 连接成 线 ， 即为最大模频散 曲线 。 本 文在处理时采用 最大模 频散 曲线 的方法 对采 集 的数 据进 行 分析 。在二维傅立 叶变换 前在 时域 空间对 时域 信号 进行 截 断 滤波处 理 ， 除去纵横 波和噪声 信号的干扰。
行分析研 究。 关 键 词 ： 洞勘 探 ， 大模 ， 空 最 频散 曲线 中 图 分 类 号 ：Ｕ １ Ｔ ４２ 文 献 标 识 码 ： Ａ
１ 概述
瑞雷波勘探是一种新型 的物探 方法 ， 它利用瑞 雷波 的频散 特
勘探深度确定 ， 一般 勘探 深度小 时 ， 间距 和偏移 距小 。文 中采 道