瞬态瑞雷波法在强夯地基检测中的应用

瞬态瑞雷波法在强夯地基检测中的应用

[摘要]瑞雷波勘探法作为一种新兴的工程地震勘探方法，在许多领域中得到大量的实际应用。本文介绍了瑞雷波的工作原理，并结合工程实例通过对强夯前、强夯后瞬态瑞雷波资料的对比分析，探讨瞬态瑞雷波法在强夯检测中的应用效果。采用瑞雷波测试，准确评价了填土强夯地基处理后的纵向影响深度、有效加固深度，较好的克服了传统检测方法的局限性。

[关键词]地质异常找矿理论页岩气勘探应用

瑞雷波检测主要是根据瑞雷波在不同的土质条件下其传播特性和频散特性不同的特点，利用现场所测瑞雷波的频散曲线，通过反分析得到岩土力学参数。与传统方法相比，瑞利波检测技术能全面、快速和直观地反映强夯地基加固的效果，缩短质量检测周期，是一种适宜于大面积强夯工程质量检测的经济、快捷、有效的检测方法。

1瑞雷波勘探工作原理

瞬态瑞雷波法又称面波频谱分析法，在地面上进行竖向激震时，均会在其表面附近层状连续介质中产生瑞雷波，外业数据采集时，在地面沿瑞雷波的传播方向上，以一定的道距Δχ设置N个检波器，就可以检测到瑞雷波在（N-1）Δχ长度范围内的传播过程，在同一地段求出一系列频率的瑞雷波速度Vr，就可得到一条瑞雷波频散曲线，不同波长的瑞雷波的传播特性反映了不同深度岩土介质的运动学特性，由频散曲线可以反演地下地下速度界面的分层厚度和速度结构。同时又将分层以及各层的速度参数进行正演计算，以确定每层岩土体的速度和深度参数。根据频散曲线形态、斜率和波速值变化对场地地层进行划分，依据各测点剪切波曲线分层结果，结合地质资料和相关物探资料进行综合解释。

瑞雷波法测试数据处理流程见图1。

2野外测试方法

2.1仪器设备

本次瑞雷波试验测试采用的仪器为吉林大学工程技术研究所研制生产的SE2404E型综合工程探测仪，是一种集数据采集和数据处理于一体的智能化仪器，具有24个宽带信号输入通道，能够进行浅层地震波勘探（浅层反射波法、折射波法等）、波速测井、瑞雷波勘探、地脉动测试、振动监测等工作。该仪器处理软件丰富，工效高，操作方便，解释全面，成果准确、直观，仪器轻便集成，能适应各种野外环境下的测试工作。该仪器主要参数如下：通道数：24；采样率：5μs-50ms；频带：0.1Hz-5000 Hz ；A/D运算精度：22 bite；前置放大器；增益：16/37dB；精度：±1%；谐波失真：0.05%；10hz瑞雷波检波器12个；震源1个。

2.2野外勘探工作

测区面积18000 m2，拟沿柱轴向布置测线3条，面波勘探点布设在厂房和办公楼的轴线位置上，共布置63个面波勘探点。

2.3观测系统

观测系统见图2。

检波器

图2 瑞雷波测试观测系统

3工程概况

3.1基本概况

扬帆青岛船舶制造有限公司拟在其填海造陆区域内建船体车间工程，该车间呈长方形，东西长300m，南北宽60m。现场区为新近人工填海造陆区，场地表层为回填9m 左右的开山碎石，其下为第四纪土层及基岩。根据勘探资料，现建设单位要求对回填场区沿建筑物、柱轴线进行夯前、夯后覆盖性的“瑞雷波”检测，提供场地土层剪切波波速及波速分层情况。

3.2资料处理室内解释

3.2.1瞬态瑞雷波资料处理

（1）回放现场采集的数据波形，选取面波特征明显完好的记录；

（2）执行X-V时间域加窗，进行瑞雷波的识别，切除干扰波，提取面波；

（3）执行F-K功能对当前调用数据进行二维富氏变换，显示频率波数等值线；

（4）进行频域滤波，选取特征面波峰值曲线，进行组合计算；

（5）绘制频散曲线，得到瑞雷波速度—深度曲线（H—V r）；

（6）速度分层：根据频散曲线变化特征进行速度分层；

（7）拟合计算，根据瑞雷波视速度值进行正演拟合计算得出剪切波分层结果，将结果打印、保存。

3.2.2室内解释

本次面波勘探对比验证依据钻孔资料，进行对比分析，综合解释。

（1）频散曲线分析

依据频散曲线形态、斜率和波速值变化对场地地层进行划分，频散曲线形态的变化反映了岩土层物理力学性质的变化，在频散曲线拐点、斜率变化处定为瑞雷波勘探地层分界点，并通过钻探深度对比进行深度校正，进行正演拟合计算确定各岩土层厚度和剪切波速度，同时结合频谱分析，推断低速软弱层是否存在。

（2）勘探精度分析

瑞雷波勘探是一种多道测试，其所反映的地下界面的信息是整个排列范围内的平均数值，我们利用1米道间距12道进行面波勘探，其解释的结果则反映了11米测线范围内岩土层的平均物理特性，与钻孔揭露的地层深度有一定的差别。另外，基岩顶面起伏较大，影响勘探精度，原始淤泥地层受填土抛石挤压，淤泥分布无完整层状。

3.3瞬态瑞雷波资料处理

瑞雷波夯前、夯后测试对照表见表1（本文限于篇幅，仅对夯前、夯后5个典型剪切波速对比分析）。

表1 夯前、夯后剪切波速对照表

夯前及夯后瑞雷波频散曲线见图3、图4（仅选Mb1号点进行对比）

3.4场地剪切波速评价

夯前试验结果显示：夯前场地0～15m深度内各点波速平均值在132～178m/s 之间，平均为151.6m/s。

夯后试验结果显示：场地内0～9.2m深度内各点波速平均值在266.0～288.0m/s之间，平均为273.2m/s；9.2～15m深度内为156～288m/s之间，平均为189.6m/s，最大偏差132.0m/s。

对比夯前和夯后统计结果：强夯加固后场地0～9.2m深度内波速平均值较夯前提高80.2%；9.2～15m深度内平均波速值较夯前提高25%；因此，强夯加固后地基土密实度增加明显。

4小结

瞬态瑞雷波法是一种经济有效的检测强夯地基方法，适合大面积的强夯地基检测，瑞雷波测试得到的是场地分层剪切波速，土层介质力学参数多与剪切波