多道瞬態面波法在取土場調查中的實踐與分析

黃斌 周孝宇

摘 要：通過多道瞬態面波在廣東省某高速公路取土場調查中的實際案例，本文分析了該方法在取土場地層劃分和土石比例等方面的實用效果和存在的問題，同時，對瞬態面波法工程應用、地層劃分等相關項目具有一定的參考價價值。

關鍵詞：多道瞬態面波;取土場調查;土石比例;地層劃分

0 前言

面波勘探是目前比較成熟的物探方法之一，已在工程領域廣泛應用。面波分為瑞利波（R波）和拉夫波（L波），而R波在振動波組中能量最強、振幅最大、頻率最低，容易識別也易于測量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探，是一種淺層地震勘探方法。他對淺部地層分辨率較高，野外工作簡單易行。

面波勘探根據其震源激震方式的不同可分為穩態法和瞬態法;在巖土工程勘探中目前多采用多道瞬態法。多道瞬態法是在地表震源瞬態沖擊力作用下，在距震源一定距離處，由多道檢波器接收面波信號，通過對接收到的面波進行頻譜分析、相位分析，把各個頻率的面波分開，可得到一條VR—f頻散曲線。通過頻散曲線的分析進而得到對地層結構的分析。

面波由震源向外傳播，其波陣面是圓柱面，在地面激發時震源可產生不同頻率面波的相速度VR，不同頻率的面波速度VR的變化則反映出地下介質在垂直方向的不均勻性，同一頻率的面波速度VR在水平方向的變化則反映出地質條件的橫向不均勻性，面波VR直接反映了地下介質的結構和物性。

在均勻無限半空間的介質中面波可用下式表示：

（2-VR2/Vp2）2=4（（1-VR2/Vp2）（1-VR2/Vs2））1/2

上式說明自由表面的面波確實存在，并且面波沿地表的速度低于橫波速度。

1 項目應用及效果分析

1.1 項目概況

本文中取土場為廣東省某重點高速公路的重點工程，取土場平面面積約6.5萬㎡，取土場地形高差約75 m，主要為三座山，工程地質條件復雜。由于后期開挖過程發現與之前局部鉆探結果差異較大，安排進行物探結合鉆探的補充勘察。本次瞬態面波法使用儀器為重慶地質儀器廠生產的DZQ型24道淺層地震儀1臺，24道采集，道間距2 m～5 m，采用重錘錘擊震源。

1.2 效果及評價

1.2.1 物探外業參數方案比選

經過前期試驗，針對有效探測深度30 m，最終確定采用2 m道間距，5 m～10 m炮檢距，雙邊激發采集數據進行分析比對，與已有鉆孔成果和施工開挖情況綜合對比，確定物探方法合理可行，探測深度和效果滿足要求。

1.2.2 物探與鉆孔比較，確定分層依據和各地層面波波速

根據鉆孔位置的對比正演結果：

10層坡積粉質黏土層面波波速按照小于200 m/s左右進行反演，含碎石坡積土波速略高，結合波速曲線拐點和平均波速160 m/s與下覆地層進行分層;

11層殘積粉質黏土面波波速小于280 m/s進行反演，結合波速曲線拐點和平均波速260 m/s與下覆地層進行分層;

12B_47t強風化熔結凝灰巖（半巖半土狀）面波波速小于320 m/s左右進行反演，結合波速曲線拐點和平均波速300 m/s與下覆地層進行分層;

12B_47s強風化巖（碎塊狀）面波波速小于450 m/s左右進行反演，結合波速曲線拐點和平均波速450 m/s與下覆地層進行分層。

面波波速在450 m/s～600 m/s之間反演推測為碎塊狀強風化-中風化巖，大于600 m/s反演推測為中風化-微風化巖。

1.2.3 物探綜合成果及效果分析

首先，多道瞬態面波成果能夠劃分出不同巖性的分界面，尤其是坡殘積土和全風化巖（堅硬土狀地層）與下覆的強風化-中風化巖層分界面效果較好，根據物探成果，能夠明確劃分出土質山體還是巖質山體為主，土層厚度劃分效果較理想。

其次，根據瞬態面波波速結合分層拐點綜合分析解譯，劃分了場地各巖土體地層的厚度，滿足勘察目的。

最后，由于部分地層（如碎塊狀強風化巖層與下覆碎塊狀中風化巖層）的物理特性差異較小，物探劃分地層存在一定的誤差;根據面波解譯成果及建議補鉆鉆孔位置，后續完成了在MBD8、MBD10、MBD12、MBD20、MBD22等5個面波點處布置的5個鉆孔，配合物探資料進行了綜合解譯，提高了本次調查的準確度。

1.3 方法局限性及誤差分析

由于取土場地層及土石比例劃分中，鉆探揭示的碎塊狀的強風化巖層一般劃分為硬土-軟石級，尤其改成分布較厚的區域對具體土石比例劃分影響較大。但該層原始狀態并非鉆探揭示的松散碎塊，而是較致密的原巖結構，且膠結較好，其物理性質（如面波波速等）與下覆的碎塊狀中風化巖差別不大，差異不明顯，導致物探解譯過程中對碎塊狀強風化巖和相對較堅硬的碎塊狀中風化巖分層較困難，此為該方法在取土場探測中的應用局限，針對該情況，選擇典型的物探點進行補充鉆探驗證是提高物探解譯準確性的好方法，鉆孔結合物探的綜合解譯方法能夠取得較好的勘察結果。

2 結語

通過工程應用實例，在采用有效合理的參數設置，確保外業數據有效的前提下，多道瞬態面波在取土場調查中的巖土層劃分和土石比例界定方面能夠取得較好的勘察效果，采用物探結合鉆探方法有效提高勘察準確度，成果可作為設計、施工中的重要參考和依據，具備較好的技術成效及社會經濟效益。

參考文獻：

[1]JGJ/T 143-2017，多道瞬態面波勘察技術規程[S].

[2]馬樹平.多道瞬態面波技術在公路工程勘察中的應用[J].甘肅科技，2011，27（14）：50-52.

[3]李凱.面波勘探技術在工程勘察中的應用進展[J].工程地球物理學報，2011，8（1）：97-104.