【摘要】本文簡述了面波法波速測試方法的工作原理、現(xiàn)場施測技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理和資料分析過程。運用工程實例說明了面波法波速測試技術(shù)在巖土工程勘察中的應用和效果。

【關(guān)鍵詞】波速測試技術(shù)；瑞雷面波；頻散曲線

面波法波速測試技術(shù)是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技術(shù)的一個分支，目前已廣泛應用于第四系地層的劃分，地基處理效果評價探測地下空洞，評價飽和砂土的液化，計算各種彈性動力參數(shù)，評價地基的承載力等，并取得了良好的應用效果。

一般來說，面波法波速測試可原位測定瑞雷面波（R波）在巖（土）體中的傳播速度，從而避免了室內(nèi)測試所帶來的誤差，它能有效地解決許多地質(zhì)問題，諸如確定建筑場地類別能快速、經(jīng)濟的對場地進行分層，并給出每層的剪切波速度等；并可計算工程動力學參數(shù)，如動剪切模量、動彈性模量等。

1、面波基本原理及工作方法

1.1基本原理

面波（瑞雷面波）和折射波法、反射波法一樣，它也是利用彈性波場特征進行勘探，只不過面波波場特征與體波有較大區(qū)別。在相同的介質(zhì)中，縱波波速最快，橫波次之，面波最慢。在層狀介質(zhì)中，拉夫波是由SH波（水平方向S波）與P波干涉形成的，而瑞利波是由SV波（垂直方向S波）與P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介質(zhì)自由表面附近，其能量的衰減與r-1/2成正比，因此比體波（P、S波∝r-1）的衰減要慢得多。在傳播過程中，介質(zhì)的質(zhì)點運動軌跡呈現(xiàn)一橢圓極化，長軸垂直于地面，旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向，傳播時以波前面約為一個高度為λR（R波長）的圓柱體向外擴散。

面波勘探是按照測網(wǎng)的布置，在測點上逐點進行觀測，每一個測點根據(jù)地質(zhì)任務和勘探深度的要求，測得一條頻散曲線，利用頻散曲線的速度進行分層、計算有關(guān)參數(shù)等，從而達到巖土工程勘察之目的。

1.2基本工作方法

在外業(yè)工作正式開展之前，首先在測區(qū)平坦地帶上做展開排列試驗工作，進行現(xiàn)場干擾波調(diào)查，識別地層的各種地震波列信號特征，確定測試方法的觀測系統(tǒng)及參數(shù)。

在實測工作中，一般把檢波器對稱埋置在勘探點的兩側(cè)，震源點和檢波器應布置在同一條直線上，并在排列兩側(cè)激振。

2、應用實例

2.1工程概況

廣西某基地住宅樓正處于施工圖設計階段，物探任務為通過面波（場地土剪切波速）測試，對該建筑場地類別做出判別。根據(jù)地質(zhì)資料揭示，場地土層主要為第四系人工堆積層（Qml）及中更新統(tǒng)沖積層（Qal），下伏基巖為第三系南湖組（En），主要為泥巖，局部夾有薄層狀泥質(zhì)粉砂巖。場地平整后，地基巖土主要為風化的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。巖土層間具有一定的波速差異，具備瑞利波勘探的地球物理條件。

2.2工作方法

在測區(qū)內(nèi)的地質(zhì)勘探鉆孔處共布置了3個面波測試點（如圖2.2-1），采用了12道4Hz檢波器接收，道間距為2m，偏移距為10m～30m，采樣間隔為0.25ms～1ms，錘擊激發(fā)方式，用10.88kg大錘直接錘擊厚木板激發(fā)。

面波勘探工作使用了重慶水電物探研究所研制的SWS-3型工程勘探與工程檢測儀。

2.3資料整理與解釋

資料分析和解釋使用SWS處理軟件，通過對頻散曲線進行定量解釋，得到面波勘探點處的各地層的厚度及剪切波速度，根據(jù)剪切波速平均值與覆蓋層平均厚度的情況來確定建筑場地類別。圖2.3-1～圖2.3-3為面波頻散曲線波速計算分層成果圖。根據(jù)頻散曲線特征，把地層分為6-9個波速層。

2.4成果分析

由面波頻散曲線波速計算分層成果，并把面波換算成剪切波，對場地土進行剪切波速度統(tǒng)計，剪切波速度加權(quán)平均值計算公式如下：

Vse=d0/t

式中：

Vse——土層等效剪切波速（m/s）

t——剪切波從地面至計算深度之間的傳播時間

d0——計算深度（m），取覆蓋層厚度和20m二者的較小值，其中覆蓋層的厚度按地面至剪切波速大于500m/s的地層頂面的距離確定

di——計算深度范圍內(nèi)第i層土層厚度（m）

Vsi——計算深度范圍內(nèi)第i層土層的剪切波速度（m/s）

n——計算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)

計算成果見表2.4。

2.5結(jié)論

通過對擬建建筑物場地土的剪切波速測試，提供以下結(jié)論：

在測試范圍內(nèi)覆蓋層的等效剪切波速平均值為309m/s根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）表4.1.6，本場地屬Ⅱ類場地。

3、結(jié)束語

通過工程實踐面波勘探可以得出如下幾點：

（1）面波勘探提高了工作效率，可以解決如探測建筑樁基根部埋深，高速路無損檢測、探測地下空洞等地質(zhì)問題，很好的為地質(zhì)和設計服務。

（2）面波勘探在進行深部探測時，由于震源能量傳播的問題，使得頻散曲線深部信息量少，從而降低了深部解釋的精度，影響了勘探效果。

（3）面波勘探和折射波法、反射波法相比，具有效率高，資料處理相對簡單等優(yōu)點，但同樣存在能量傳播的問題和數(shù)據(jù)處理方法有待提高。