淺部地下洞穴的瑞利波散射數值分析

王啟淵，柴華友，丁 瑋

武漢工程大學資源與土木工程學院，湖北 武漢 430074

隨著我國經濟的飛速發展，基礎建設也隨之得到了巨大的發展，尤其是地鐵、隧道等地下工程。近年來，因地下巖溶導致施工過程中地面塌陷，基礎不均勻沉降，造成施工機械設備被埋、人員傷亡等事故時有發生。巖土工程勘查中對地下洞穴的探測通常是大范圍的，常規的地質勘察手段難以同時兼顧效率和成本。波動測試是近年來新發展的一種物探方法［1-2］，Stokoe等［3］采用表面波譜 分 析 方 法（spectral analysis of surface wave，SASW）對高速公路路面及路基進行了探測，為瞬態瑞利波法在工程中的廣泛應用奠定了基礎。

對表面震源，瑞利波能量主導淺部波場，瑞利波遇遭淺部地下異質體會發生散射［4］。表面震源在介質中會產生體波和瑞利波，當介質中有洞穴存在時，體波和瑞利波都會發生散射［5-9］，散射波會產生頻散和譜擾動現象，其擾動的程度及形態與散射波中各類型波的能量及傳播特性有關。近年來，一些學者嘗試利用瑞利波在彈性半空間介質中的傳播特性，將瑞利波法應用于探測淺部地下洞穴。卞鵬等［10］將通過研究傳感器位置和間距對地下障礙物探測的影響，分析含洞穴半空間介質頻散曲線的特征，為探測地下障礙物時頻散曲線參數的變化研究做工作。柴華友等［11］通過提取激發震源后的介質表面質點的速度響應，從能量變化的角度分析洞穴對相速度擾動機制。劉中憲等［12］使用間接邊界積分方法對入射瑞利波在襯砌隧道中的散射現象進行了分析，發現了襯砌剛度對波散射的影響，同時發現隨著隧道埋深的加大，波的散射現象逐漸減弱。……