王雄先

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊，湖南 婁底 417000）

在工程物探領(lǐng)域中，面波勘探方法有著不可替代的重要地位，20世紀(jì)50年代人們發(fā)現(xiàn)了瑞雷波在層狀介質(zhì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，90年代美國堪薩斯州地質(zhì)調(diào)查提出的基于震動源的瞬態(tài)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(fā)展，使其從地震學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到了巖土工程及其它材料的無損測試應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了迅速的發(fā)展。

1 多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用原理

多道瞬態(tài)面波技術(shù)，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(jīng)頻譜分析、相位譜分析，實現(xiàn)各頻率瑞雷面波的分離，繪制相應(yīng)的頻散曲線（VR—f曲線），也可將其轉(zhuǎn)化為VR-λR曲線。

多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用時，野外數(shù)據(jù)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(tài)面波技術(shù)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(yīng)滿足下式：

則兩信號的相位差Δφ應(yīng)滿足：

因此，隨著勘探深度的增大，Δx的距離也應(yīng)增大。

圖1 多道瞬態(tài)面波技術(shù)原理

多道瞬態(tài)面波技術(shù)設(shè)備簡單、使用輕便高效，同時勘探深度大、可靠性高，受到業(yè)內(nèi)普遍好評，發(fā)展態(tài)勢良好。

2 多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用過程分析

瑞雷波測試工作整體上可分解為現(xiàn)場測試、室內(nèi)數(shù)據(jù)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(xiàn)場測試階段是關(guān)系著以后工作成敗的基礎(chǔ)和保證，在多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用時需合理選擇勘探儀器、野外勘探工作方法，科學(xué)確定空間采樣點數(shù)、時間采樣點數(shù)等參數(shù)，獲得有價值的時間—空間域的波形記錄，盡管根據(jù)其能夠初步定性分析和評價探測介質(zhì)的均勻性及其力學(xué)特性，但是還必須通過室內(nèi)大量的數(shù)據(jù)處理工作，提取頻散曲線，有效定量評價介質(zhì)的力學(xué)特性及其它性質(zhì)，因此采取合理有效的室內(nèi)分析處理技術(shù)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(tài)面波技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本文以婁底市創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新服務(wù)平臺地質(zhì)勘察為例，具體分析了多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用及其成果。擬建創(chuàng)業(yè)服務(wù)大樓，據(jù)調(diào)查此處為廠房舊址，部分場地用作垃圾填埋，場地內(nèi)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(xù)基礎(chǔ)處理提供可靠的數(shù)據(jù)參考，經(jīng)綜合分析研究決定采用多道瞬態(tài)面波技術(shù)進(jìn)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(zhì)圖

圖5 ZK3鉆孔地質(zhì)圖

3.2 數(shù)據(jù)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(shù)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(xiàn)場通過采集實驗，確定具體參數(shù)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(shù)據(jù)處理與成果解釋采用經(jīng)驗的半波法，整理各測點頻散曲線數(shù)據(jù)可得測線1、2的面波速度剖面圖（圖2、圖3），據(jù)分析可知，場地內(nèi)面波相速度為140m/s～350m/s，填土范圍內(nèi)面波波速基本低于230m/s。

根據(jù)鉆探結(jié)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(cè)、南側(cè)，1#孔揭示填土較厚（11.3m～11.8m），3#孔揭示填土相對較?。?.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(cè)、南側(cè)填土厚度分別為12m、6m～7m，與鉆探結(jié)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(fā)現(xiàn)填土厚度、范圍等與測線2所得結(jié)果基本一致。

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)結(jié)果鉆探揭示，3#孔7.2m、1#孔11.3m內(nèi)土層以回填土為主，據(jù)多道瞬態(tài)面波勘探顯示，此范圍內(nèi)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(nèi)土層以粉砂填土為主，3.7m～7.2m以粉質(zhì)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(zhì)不同、回填不均勻，也會導(dǎo)致面波速度存在一定的差異。

通過鉆探與多道瞬態(tài)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(xù)，其下地層速度值持續(xù)增加，在最終地質(zhì)解釋時，將此速度值作為劃分填土界面的依據(jù)是合理、可靠的。

4 結(jié)語

綜上所述，瞬態(tài)多道瑞雷波技術(shù)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(yōu)勢。運(yùn)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(jié)果受各種因素影響較大，測試結(jié)果宜與其他勘探手段進(jìn)行對比分析，提高準(zhǔn)確性。

[1]林志平,林俊宏,吳柏林,等．淺地表地球物理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J]．地球物理學(xué)報,2015,58(8)：2664-2680．

[2]仇恒永,王治華,王書增,等．淺層SH反射波法和多道瞬態(tài)面波法進(jìn)行聯(lián)合工程勘察的討論[J]．物探與化探,2008,32(4)：66-66．

[3]呂耀志,譚儒蛟,徐鵬逍,等．瞬態(tài)瑞雷面波技術(shù)在人工填土勘察中的應(yīng)用[J]．工程勘察,2014,42(1)：87-90．

[4]劉江平,羅銀河,何偉兵．相鄰道瞬態(tài)瑞雷面波法與壓實度檢測[J]．巖土工程學(xué)報,2009,31(11)：1652-1659．

[5]馬健,朱文秀,劉麗,等．多道瞬態(tài)面波法在碎石土回填地基檢測中的應(yīng)用[J]．工程勘察,2017,45(5)：73-78．

[6]《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）(2009年版)．