【文章內(nèi)容簡介】 探分為 ①穩(wěn)態(tài)法 ②瞬態(tài)法 ③無源法 它們測試原理相同，只是產(chǎn)生面波的震源不同。 穩(wěn)態(tài)法： 由穩(wěn)態(tài)信號激振器激發(fā)出不同頻率面波，形成頻散曲線（速度頻率或波長），激發(fā)方式可以是單邊、雙邊或中點激發(fā)，并保持一定的偏移距。 激發(fā)頻率一般采用降頻掃描方式。其頻率范圍和間隔的選擇應根據(jù)勘探深度、精度和分辨率的要求確定。 一般而言，勘探深度越大，掃描頻率越低；精度要求越高，頻點間隔越密。 在土壤中測深 100米，在巖層能達到 200米。穩(wěn)態(tài)法的優(yōu)點在于具有較大的抗干擾力，高效的信號采集。 瞬態(tài)法： 采用錘擊或炸藥震源激發(fā)瑞雷波，在地面按一定方式用檢波器接收，通過頻譜分析，計算出各頻率波速，形成頻散曲線，達到勘測的目的。 在土壤中測深 50米，在巖層能達到 100米。 瞬態(tài)法的優(yōu)點在于輕便、高效。 ? 廣泛應用于： ? 軟土地基加固效果評價； ? 加固地基承載力的檢測； ? 碎石樁、粉噴樁質(zhì)量檢測等方面。 四、 應用 1. 頻率濾波： 第 2 節(jié) 瑞雷波勘探資料的處理 濾波后的波形： 原始波形： 2. 相干分析： +21= u t+ u t dt????? （ ） （ ）或 3. 利用下列公式計算出各種不同頻率面波速度： 4. 繪制瑞雷波頻散曲線 vR~H ： 面波法對地基進行分層及強度劃分 第 3 節(jié) 應用實例 焦作馮營礦西副巷灰?guī)r巷道，地質(zhì)推斷掘進前方有斷層，具體位置不清。鉆探因巖層硬度大，進尺慢、費用高，改用瞬態(tài)瑞雷波法探測。 曲線顯示在、 和 36m有構造存在。掘進結果證明， 8m和 20m處為松散破碎帶，36m處是一條斷層。 第 3 章 探 地 雷 達 第 1 節(jié) 概 述 一、 探地雷達 探地雷達（ Ground Perating Radar簡稱 GPR）由發(fā)射部分和接收部分組成。 發(fā)射部分產(chǎn)生高頻脈沖電磁波，通過發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射，反射波被設置在某一固定位置的接收天線接收，根據(jù)接收到的電磁波的特征推斷地下介質(zhì)分布規(guī)律的探測方法。 二、 應用 探地雷達是一種高分辨率探測技術，可以對淺層地質(zhì)問題進行詳細填圖。在工程地質(zhì)勘探、地質(zhì)災害調(diào)查和公路工程質(zhì)量檢測等領域得到廣泛應用。 目前探地雷達廣泛應用于在公路、鐵道、機場、建筑工程、水利工程、隧道工程等領域。 第 2 節(jié) 探地雷達的基本理論 一 、 電磁波在介質(zhì)中的傳播速度 當?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速 v為已知時，可根據(jù)測得的走時 t，由下式求得目標體的深度 z。 rcv??vxzt224 ?? 為真空中電磁波傳播速度和相對介電常數(shù)。 大多數(shù)非導電、非磁性介質(zhì)來說，其電磁波傳播速度主要取決于介質(zhì)的介電常數(shù)。 rcv??介質(zhì) 相對介電常數(shù) 電磁波速度 V（ m/ns) 水 81 空氣 1 雪（濕） 4— 12 0 .09— 石灰?guī)r 7(6) () 土壤 (干 ) 4(3— 5) (— ) 土壤（含水 20%） 10(4— 40) (— ) 冰 銅或鐵 1 1納秒 = 0001秒 由于探地雷達的電磁波在介質(zhì)中傳播其衰減的速度非?？?，這構成雷達應用的主要障礙：探測深度有限。電磁波的電場強度隨著距離的衰減規(guī)律是： 0rE E e ???r? 其中 為介質(zhì)的吸收系數(shù)，它與介質(zhì)的電性和頻率有關，根據(jù)計算可以寫為 60rr?????二、吸收系數(shù) 探地雷達工作頻率高，在地下介質(zhì)中以位移電流為主，即 ，這時 的近似值為 即 與導電率成正比，與磁導率和介電常數(shù)比值的平方根成正比。 趨膚深度： 電流值下降至表面最大電流值的 1/e(%)時距表面層的距離 。 ? ? ??2?三 、 剖面法與多次覆蓋觀測 （ 1） 剖面法 剖面法是發(fā)射天線 （ T） 和接收天線 （ R） 以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式 。 （ 2） 多次覆蓋 應用不同天線距的發(fā)射 ——接收天線在同一測線上進行重復測量 ． 然后把測量記錄中相同位置的記錄進行疊加 ， 這種記錄能增強對深部地下介質(zhì)的分辨能力 。 第 3 節(jié) 探地雷達的技術參數(shù) 1. 分辨率 分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂向分辨率與橫向分辨率。 2. 天線的選擇 在選擇無載波探地雷達天線的中心頻率時 ， 要兼顧其最大探測深度和最小分辨率 ， 同時還要考慮天線的尺寸是否符合測試地點的需要 。 3. 時窗選擇 脈沖探地雷達采樣時窗是指從第一個資料開始至采集最后一個資料期間的時間長度 。 時窗長度的選擇主要取決于所要求探地雷達的最大探測深度 d(單位 m)和探地雷達天線發(fā)射的電磁場在地下媒質(zhì)中的傳播速度 v(單位 m/nS)。 4. 采樣間隔 (率 )選擇 采樣間隔是用記錄目標反射波時探地雷達采樣率的倒數(shù)來衡量的 ， 采樣率越高 ，采樣間隔越短 。 采樣率受采樣定律的制約 ， 即采樣率至少應達到反射波信號中最高頻率的 2倍 。 5. 測點點距選擇 6. 天線間距選擇 第 4 節(jié) 探地雷達的數(shù)據(jù)處理 ??? ??其他01)( hfffH 如果噪音的頻譜分布只有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除： 1）低通濾波 如果噪音的頻譜分布只有低頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除： 2）高通濾波 ??? ??其他01)( lfffH如果噪音的頻譜分布既有低頻成分又有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除： 3）帶通濾波 ??? ???其他01)( hlffffH2. 雷達資料的偏移處理 偏移處理的概念： 把水平疊加剖面上偏移了的反射層進行反偏移，歸位到地層的真實位置上。 偏移的產(chǎn)生： 水平疊加時間剖面相當于自激自收剖面，界面的反射波視為共中心點的正下方。對于水平反射界面，這是正確的；但當界面傾斜時，界面的反射波并不是位于共中心點的正下方。反射波界面與真實地層在長度、傾角、位臵方面均不一致。 當構造比較復雜時，偏移現(xiàn)象很嚴重，水平疊加時間剖面上由于視界面位臵不正確甚至會產(chǎn)生能量匯聚、空白或干涉等現(xiàn)象。 能量匯聚現(xiàn)象 能量空白現(xiàn)象 當構造比較復雜時，偏移現(xiàn)象很嚴重，水平疊加時間剖面上由于視界面位臵不正確甚至會產(chǎn)生能量匯聚、空白或干涉等現(xiàn)象。疊后偏移方法： 可能的反射點 偏移歸位示意圖 水平疊加剖面上 M1點的反射波可能來自以 M1為圓心，vt/2為半徑的半圓上。同理， M M3…… 接收到同一反射界面的波分別位于各自的半圓上，故這些半圓的公切線就是此反射界面。 3. 雷達圖像的增強處理 1）振幅恢復 2）道內(nèi)均衡 第 5 節(jié) 地質(zhì)雷達資料解釋 探地雷達圖像剖面是探地雷達資料地質(zhì)解釋的基礎圖件，只要地下介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達圖像剖面中找到相應的反射波與之對應。 一般在無構造區(qū)，同一波組往往有一組光滑平行的同相軸與之對應，這一特性稱為反射波組的同相性。 在無構造區(qū)，時間剖面上主要表現(xiàn)如下特征： 1） 雷達反射波同相軸發(fā)生明顯錯動 2） 雷達反射波同相軸局部缺失 3） 雷達反射波波形發(fā)生畸變 4） 雷達反射波頻率發(fā)生變化 140 第 4 章 地微動技術 141 一 、 地微動：地球表面每時每刻都處在一種微小的振動狀態(tài)。 二、特點： 1. 振幅小，通常只有幾微米，人體感覺不到，需通過專門的儀器進行觀測分析。 2. 具有平穩(wěn)的隨機過程。 第 1 節(jié) 概 述 142 三、振源 自然因素和人文因素 自然因素： 風、雨、海浪、潮汐、火山活動等。 人文因素： 工廠生產(chǎn)、交通運輸、建筑施工等產(chǎn)生的振動。 143 四、分類： ： T＞ ； ： T≤ 常時微動。 建筑工程中所研究的地微動周期在 ～ 范圍內(nèi)，振幅在 3um以下，屬于短周期的地微動。 144 ～ ～～五、應用 在建筑場地中觀測到的地脈動信號可以看作是來自四面八方的微振源產(chǎn)生的各種類型的波傳播到觀測點后疊加而成。 地脈動信號在傳播過程中必然攜帶反映場地固有特征的一些信息，通過對地脈動信號的觀測和分析，可以確定： 145 ? 場地的卓越周期 Ts ? 劃分場地土類型 ? 確定場地類別 ? 估算地震動的峰值加速度 Amax 146 ? 觀測系統(tǒng) 第 2 節(jié) 觀測方法 147 ? 觀測方式 ：地面測量和地下測量 ?一般每個場地的地脈動測點不少于 2個，加速度檢波器應沿 X、 Y、 Z三個方向進行布置。 ? 原始記錄 ： 148 一 、 周期頻度法 ： 日本學者金井田提出，可近似求出卓越周期、平均周期、最大周期。 第 3 節(jié) 數(shù)據(jù)處理分析方法 149 方法 : 取零線上每相鄰兩點時間差的二倍作為該處波形的周期，以周期為橫坐標，以同一周期出現(xiàn)的頻度為縱坐標，繪制周期頻度 曲線。 150 卓越周期 Ts ：周期頻度曲線中對應頻度最高的周期。 最大周期 Tmax ：出現(xiàn)的最長周期。 平均周期 Tv ： Tv =n/t 。 t: 記錄長度； n： t時間內(nèi)的微動次數(shù)。 151 二、頻域分析法 時間域內(nèi)的地脈動信號 )t(x ，頻域內(nèi)為 )(x ?dte)t(x21)(x ti?????? ???152 頻譜圖中最大峰值所對應的頻率即為卓越頻率，但頻譜圖中出現(xiàn)多峰時，在進行頻譜分析時，需要進行相關分析，以便對場地卓越頻率進行綜合評價。 153 注意： 在同一地點地脈動觀測結果表明，白天測得的地脈動信號振幅較大，夜間測得的信號幾乎沒什么變化，比較穩(wěn)定，因此測量地脈動一般選擇在夜晚周圍環(huán)境干擾比較小的情況下進行。 154 一、 確定場地的卓越周期 知道了場地的卓越周期，為場地的抗震設防提供了依據(jù)，可避免建筑物的結構周期與場地的卓越周期一致或接近，以免地震時發(fā)生共振現(xiàn)象。 第 4 節(jié) 在工程地震中的應用 155 二、場地土類型劃分 現(xiàn)行的有關規(guī)范，對場地土類型的劃分，是以場地土層的剪切波速為劃分標準的。 場地的剪切波速與卓越周期有密切關系，一般來說，剪切波速越大，卓越周期就越??；相反