多道瞬态面波技术在宁东能源重化工基地景观大道市政工程勘察中应用

多道瞬态面波技术在宁东能源重化工基地景观大道市政工
程勘察中的应用
摘要：多道瞬态面波技术在岩土工程勘察中是一种有效的方法。

它对于土层波速测试、场地类别划分、土层划分、不良地质体的探查等具有快速、灵活、准确的优点。

采用面波资料与勘探资料结合进行地质分层，连接地质剖面，效果良好，满足地质勘察要求，同时解决了在碎石层、粉砂岩中进钻艰难、地层不好划分的难题。

缩短勘察周期、提高工程质量和投资效益。

多道瞬态面波技术必将在诸多工程勘察领域发挥越来越大的作用。

关健词：面波勘探；弹性波；频散曲线
the application of multi-channel transient surface wave landscape avenue municipal engineering survey of the energy and heavy chemical industry base in ningdong
gao haining
(yin chuan architecture design & research institute ltd.) abstract: the multi-channel transient surface wave technology is an effective method in geotechnical engineering investigation. it divided for the soil velocity test, site classification, soil divided, adverse geological exploration with fast, flexible, accurate advantages. the use of surface wave data and exploration data combined with geological stratification connection geological section, to good effect,
to meet the requirements of geological survey, and at the same time to solve the problem of difficult drill into gravel layer, siltstone, stratigraphic bad divided. shorten the survey cycle, improve project quality and investment efficiency. multi-channel transient surface wave technology is bound to play an increasingly large role in many engineering survey.key words: surface wave exploration; elastic wave; dispersion curves
中图分类号：p624文献标识码：a文章编号：
1 前言
本工程是宁东能源重化工基地煤化工基地的一条美化、亮化工
程（该路段全长4550米、为主干道、沥青路面，道路红线宽50米，路两旁各25米宽绿化带），为一条近南北走向的拟建新路。

在市政工程勘察中，要涉及到路基、给水管道、排水管道，一
般性钻孔深度要达到最大埋深的排水管道（本工程管径约1.0～2.0米，其管顶与设计路面高程相比埋深约为-4.0米～-5.0米、为明
挖深埋管道）管底以下1～3米，以查明排水管底下3米内地层的
岩性及力学状态。

这在川区、平原地区很容易做到，但在丘陵区、特别是本工程，为最大挖方区、最大挖深达17米，2米左右厚的碎石层及巨厚状半成岩的泥质粉砂岩，在最大挖方处钻孔至少要达25米才满足勘探深度的要求。

受场地地形、地层、施工工期等条件所限，勘探点未达到规范要求深度，
本工程工期短、设计方案多次调整给勘察工作带来一定的难度，为缩短勘察周期、提高工程质量和投资效益，本工程采用钻探与面波勘探科学结合的办法，为确定场区场地土波速资料及场地土类别、确定第三系泥质粉砂岩在管底深度以下3米处的分布、厚度及成层稳定性，在最大挖方区（最大挖深约17米）的北路段1040米长度范围内在钻孔处布设9个面波勘探点。

我们使用了北京水电物探研究所生产的sws-1型多功能面波仪，在钻探工作配合的前提下，保质保量地完成了勘探任务。

概况
场区地貌单元属宁东缓坡丘陵区，地形切割强烈，冲沟发育，地形起伏较大。

场区内地层结构简单，在基底基岩上主要沉积的地层为第三系的泥质粉砂岩（冲沟内有出露）。

地表为第四系风积黄土、沙土的堆积，沿冲沟及山坡堆积有冲洪积相的碎石，第三系地层被第四系土层覆盖。

该路段设计路面在④层泥质粉砂岩中，第四系的①～③层土将全部挖掉。

瞬态面波基本原理及工作方法
3.1基本原理
在工程勘察中，我们主要利用的是瑞利面波，其特性如下：
（1）瑞利面波在层状介质中传波的频散特性
在均匀介质条件下、瑞利面波波长λr与振动频率f无关，即在均匀介质条件下，瑞利波不具频散特性。

在层状介质条件下，λr是f的函数，即在层状介质条件下将导
致瑞利波的频散。

该项特性是瑞利波勘探的理论基础，由于瑞利波法不仅利用了波的运动学特性，更重要的是利用了波的动力学特性，而常规弹性波法，主要利用波的运动学特性，且要求各层的波速或波阻抗有较大差异，因此瑞利面波对介质反映更细微。

（2）瑞利波的穿透深度与波长的关系
经计算得出瑞利波水平振幅和垂直振幅随单位波长深度的变化规律表明，当深度z为λr的1/2时，瑞利面波有大部分能量已经损失；当深度与波长相等时，其能量迅速衰减，因此，可以认为瑞利波的穿透为1个波长。

这一实事说明，瑞利波某一波长的波速主要与深度小于λr/2的地层物性有关，该特性为利用瑞利波进行浅层勘探提供了依据。

由λr＝vr/f得知，不同的瑞利波长对应于弹性波的频率、通过探测不同频率下介质的弹性波速度，即可得到vr－λr曲线、称频散曲线。

频散曲线的特征及其变化规律与地质条件密切相关，通过频散曲线进行反演计算，可得到某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞利波传播速度vr的值。

（3）瑞利波速度与横波速度的相关性
由瑞利波速度vr与横波速度vs的关系式vr=vs
计算出岩土介质中与vr、vs的关系见表1：
泊松比μ 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50
vs/vr 1.087 1.080 1.073 1.062 1.049
对于一般土而言，泊松比μ是0.45-0.49，而对于岩石泊松比是0.25左右。

因此可以粗略地说，对于土可横波速度vs和瑞利波速度vr看作大体相同；对于岩石横波速度vs可粗略为瑞利波速度vr 的1.1倍。

对于更精确的计算地下各层的速度参数的方法可以用哈斯克尔－汤姆逊（haskell-thomson）矩阵的反演方法。

3.2实测工作布置
在本次面波法实测中，我们采用24道、道间距为2米，偏移距10米、全通滤波方式，采样间隔0.5ms、1ms，采样点数1024个。

把检波器对称埋置在勘探点（钻孔）的两侧，震源点和检波器排列在一条直线上，并在排列的上坡一侧激振。