多道瞬態面波技術方法在巖土工程勘察中的應用

王雄先

（湖南省地質礦產勘查開發局四一八隊，湖南 婁底 417000）

在工程物探領域中，面波勘探方法有著不可替代的重要地位，20世紀50年代人們發現了瑞雷波在層狀介質中傳播時具有頻散特性后，開始廣泛地利用天然地震記錄的瑞雷波來研究地球內部結構，90年代美國堪薩斯州地質調查提出的基于震動源的瞬態面波多道采集和分析方法（MASW，Multichannel Analysis of Surface Waves）是瑞雷波理論的一次突破性發展，使其從地震學領域擴展到了巖土工程及其它材料的無損測試應用領域，并得到了迅速的發展。

1 多道瞬態面波技術應用原理

多道瞬態面波技術，主要采用激振方式獲得一定頻率范圍的瑞雷面波，不同頻率瑞雷面波疊加后，以脈沖形式向前傳播，經頻譜分析、相位譜分析，實現各頻率瑞雷面波的分離，繪制相應的頻散曲線（VR—f曲線），也可將其轉化為VR-λR曲線。

多道瞬態面波技術應用時，野外數據采集時以點測為主，通過多個點的測量分析，獲得剖面VR速度分布圖，如下圖1所示即為多道瞬態面波技術原理圖，圖中M為測點，兩檢波器間距為Δx，為了使得采集的面波信號有足夠相位差Δφ，Δx應滿足下式：

則兩信號的相位差Δφ應滿足：

因此，隨著勘探深度的增大，Δx的距離也應增大。

圖1 多道瞬態面波技術原理

多道瞬態面波技術設備簡單、使用輕便高效，同時勘探深度大、可靠性高，受到業內普遍好評，發展態勢良好。

2 多道瞬態面波技術應用過程分析

瑞雷波測試工作整體上可分解為現場測試、室內數據處理及頻散曲線的計算和反演及工程解譯三個階段，其中現場測試階段是關系著以后工作成敗的基礎和保證，在多道瞬態面波技術應用時需合理選擇勘探儀器、野外勘探工作方法，科學確定空間采樣點數、時間采樣點數等參數，獲得有價值的時間—空間域的波形記錄，盡管根據其能夠初步定性分析和評價探測介質的均勻性及其力學特性，但是還必須通過室內大量的數據處理工作，提取頻散曲線，有效定量評價介質的力學特性及其它性質，因此采取合理有效的室內分析處理技術和流程對保證瑞雷波頻散曲線的成功提取和綜合解譯具有重要意義。

3 實例探析多道瞬態面波技術在巖土工程勘察中的應用

3.1 工程概況

本文以婁底市創業創新服務平臺地質勘察為例，具體分析了多道瞬態面波技術應用及其成果。擬建創業服務大樓，據調查此處為廠房舊址，部分場地用作垃圾填埋，場地內廣泛分布有大量的垃圾雜填土，故而在施工前需明確其填埋范圍、深度，為后續基礎處理提供可靠的數據參考，經綜合分析研究決定采用多道瞬態面波技術進行勘察分析。

圖2 測線1面波剖面

圖3 測線2面波剖面

圖4 ZK1鉆孔地質圖

圖5 ZK3鉆孔地質圖

3.2 數據采集

本工程通過錘擊的方式獲得震源，選用SWS-6A型多波列數字圖像工程勘察與工程檢測儀、4Hz低頻檢波器，采用12道接收。現場通過采集實驗，確定具體參數如下：道間距：1m；偏移距：10m；采樣間隔：0.25ms；測點間距：1m。

3.3 成果處理

本工程數據處理與成果解釋采用經驗的半波法，整理各測點頻散曲線數據可得測線1、2的面波速度剖面圖（圖2、圖3），據分析可知，場地內面波相速度為140m/s～350m/s，填土范圍內面波波速基本低于230m/s。

根據鉆探結果顯示，1#、3#孔穿過面波測線1，1#孔、3#孔分為位于測線北側、南側，1#孔揭示填土較厚（11.3m～11.8m），3#孔揭示填土相對較薄（7.2m），如下圖4、5所示為1#、3#鉆孔柱狀圖。測線1速度剖面揭示北側、南側填土厚度分別為12m、6m～7m，與鉆探結果基本一致；面波測線2無鉆探孔通過，工程后期基坑開挖后，發現填土厚度、范圍等與測線2所得結果基本一致。

3.4 結果分析

根據結果鉆探揭示，3#孔7.2m、1#孔11.3m內土層以回填土為主，據多道瞬態面波勘探顯示，此范圍內面波速度140m/s～230m/s，其下原狀土為230m/s～350m/s；3#孔3.7m范圍內土層以粉砂填土為主，3.7m～7.2m以粉質黏土填土為主，其波速值分別為170m/s～200m/s、220m/s，存在明顯差別，由此回填土介質不同、回填不均勻，也會導致面波速度存在一定的差異。

通過鉆探與多道瞬態面波勘探相互對比分析顯示，鉆孔揭示的回填土與原狀土界面深度面波速度230m/s，且在速度剖面上此速度值分布連續，其下地層速度值持續增加，在最終地質解釋時，將此速度值作為劃分填土界面的依據是合理、可靠的。

4 結語

綜上所述，瞬態多道瑞雷波技術是巖土工程勘察中的一項物探方法，具有工作效率高、成本低、淺層分辨率高等諸多優勢。運用時要講究地球物理條件與前提，切不可盲目濫用，由于物探測試結果受各種因素影響較大，測試結果宜與其他勘探手段進行對比分析，提高準確性。

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