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5 地震折射波法
在工程地震勘探中, 地震折射波法是一种
简便经济的勘探方法, 在精度要求不高的情况
下, 它可 为工程地质提供浅层地层起伏变化和
速度横向变化资料以及潜水面的变化资料 等,
还可 为反射波法勘探提供用于静校正的表层速
度和低速带起伏变化资料 。 有关折射波的形成
及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一
和第二章中讨论过了, 在此, 仅就资料的采集
和处理解释问题进行论述 。
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应特别指出的是,必须保证相遇时距曲线
互换点及追逐时距曲线重迭部分在干涉区以外。
道和道距:折射波法勘探中一般采用单个检
波器作为一道接收, 而不搞组合检波, 其主要原
因就是它不需要考虑压制面波干扰问题, 因为目
前所考虑的折射波仅仅只是首波, 即是最先到达
的波 。 首波中包含了直达波和折射波 。 在采集中,
我们只要注意压制随机干扰并兼顾激发能量, 就
可获得质量较高的首波记录 。 此外, 为了不漏掉
浅层薄层信息, 道距的选择是十分重要的 。 一般
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有等间距和不等间距两种方式 。 在不等间距
接收中, 一般可把接收排列的道距设计成小
一大一小方式, 也可把它设计成小一大方式 。
道距的选择一般为 1~10m,可按勘探目的层深
度, 地层展布, 仪器道数以及激发能量等情
况而定 。
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5,2,2,2 单支时距曲线的解释
2
232
1
131
3
3
1
2
211
2112122
11
c o s2c o s2
)/(12
//c o s2/
/
V
iz
V
iz
V
x
T
v
VVz
VxVizVxT
VxT
???
?
????
?
2
2
322
1
2
311
3
)/(12)/(12
/
V
VVz
V
VVz
Vx
?
?
?
??
( 1,5,3 )
上式中 1
V
、
2
V
和
3
V
可由各自的时距曲线的斜率求出 。
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故有
2
21
11
1
)/(1
2
VV
V
Z
?
?
?
2
32
2
1
2
311
22
)/(1
)/(12
2
1
VV
V
V
VVZ
Z
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?? ?
( 1.5,5 )
5.2,2.3 相遇时距曲线的 0t 法
该方法又称 0t 差数时距曲线法
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6 地震透射波法
在工程地震勘探中, 透射波法 主要用于 地
震测井 ( 地面与井之间的透射 ), 地面与地
面之间 凸起介质体 的勘查和 井与井之间地层
介质体 的 勘查 。 地质目的不同, 所采用的方
法手段也不同 。 但从原理上讲, 均是采用透
射波理论, 利用波传播的初至时间, 反演表
征岩土介质的岩性, 物性等特性以及差异的
速度场, 为工程地质以及地震工程等提供基
础资料或直接解决其问题 。
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6.1 地面与井的透射
井口附近激发,井中不同深度上接收透
射波或反之的地震工作称为 地震测井 。
6.1.1 透射波垂直时距曲线
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透射波时距曲线方程为
2
1
1
1
V
zz
V
z
t
?
??
从两层介质很容易推广到
n
层介质,对应的 透射波垂
直时距曲线方程 为
n
n
V
zz
V
zz
V
zz
V
z
t
1
3
23
2
12
1
1 ?
?
??
?
?
?
?? ??
n
n
i
ii
n
i
V
zz
V
zz
V
z
1
1
21
3
1
1 ?
?
??
?
?
?
?
??
?
( 1,6,1 )
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图 1.6.1 地震测井
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图 1,6,1 为多层介质的透射波垂直时距曲线图。 由
图可知,利用垂直时距曲线的折点,可以确定相应
地层的厚度,根据 折线各段的斜率,能求出各层的
层速度 t
h
V
i
?
?
?
,进一步就得到地震波在 不同深度 H
以上的地层平均速度 m
V
。
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6.1.3 资料的处理解释
1,初至拾取及井源距校正
1) 初至拾取
2) 井源距校正
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2,速度计算及成图
1 ) 层速度计算
先根据垂直时距曲线上,观测点的分布规律按折线
段分层,折点与分界面位置相对应,各段直线的斜
率倒数就是对应层的层速度
i
V,即
1
1
?
?
?
?
?
?
?
?
ii
ii
i
i
i
tt
HH
t
H
V
( 1.6,4 )
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2 ) 平均速度计算
由垂直时距曲线上的
t
和对应的
H
,根据公式
t
hH
V
c
m
?
?
( 1,6,5 )
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6.2.1 跨孔法
跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、横
波的传播速度、弹性模量及衰减系数等,这些
参数可用于岩体质量的评价。
2,透射 CT成像技术 ( 专题 )
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7 瑞雷波法
瑞雷波法勘探实质上 是根据瑞雷面波传播的
频散特性,利用人工震源激发产生多种频率成分
的瑞雷面波,寻找出波速随频率的变化关系,从
而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标
的变化关系,以解决浅层工程地质和地基岩土的
地震工程等问题。
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和已有的浅层折射波法和反射波法相比,
瑞雷波的 独特之处 是它 不受地层速度差异的
影响, 折射波法和反射波法对于波阻抗差异
较小的地质体界面反映较弱, 不易分辨, 尤
其是折射波法要求下覆层速度大于上覆层速
度, 否则为其勘探中的盲层, 瑞雷波法则不
存在这类问题 。 但 瑞雷波法的勘探深度受方
法本身的限制, 明显不如前两者, 而纵横向
分辨率又高于前两者 。
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7,1 勘探原理
瑞雷波沿地面表层传播,表层的厚度约为一个波长,因此,
同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变
化情况,不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质
情况。
?
?
?
?
?
????
???
iiRi
iRi
xfV
txV
/2
/
?
( 1,7,1 )
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( fV R ? 曲线→( λ =VR/f )→ RRV ?? 曲线→ (H= β × λ
R) → VR — H 曲线)
7,2,2 瞬态法
瑞雷波的传播速度为,
txV
R
??? /
( 1,7,7 )
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)(c o s)(
1
11
R
V
x
tAtu ?? ?
( 1,7,8 )
)(c o s)(
2
22
R
V
x
tAtu ?? ?
( 1,7,9 )
两个记录在何时最相似
)()(
1
)(
21
1
?? ??
?
?
nunu
N
R
N
n
( 1,7,1 1 )
此时速度计算公式为,
012
/)( ?xxV
R
??
( 1,7,1 2 )
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dttutur )()()(
1221
?? ??
?
??
?? ( 1,7,16 )
对求出的互相关函数做 Fo urier 变换,
)(
21
)(
12
*
12
2
2121
|)(|
|)(||)(|
)()()(
12
fi
i
fi
efR
efufu
fufuderfR
??
???
?
??
??
?
?
??
?
??
??
( 1,7,17 )
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对于 一般岩 石 泊松比 25.0?? 左右,穿透深度约为
0,65 λ
R
。 对于 土体 而言,泊松比
45.04.0 ???
,则穿
透深度 R
H ?)84.079.0( ?
。 实际应用中,对于 淤泥质
软塑土层,穿透深度可取 R
?85.0
。
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8 桩基无损检测
( 不涉及以动力机器设计为目的的桩基动力试
验 )
8.1 桩基的类型和质量问题
目前采用的桩基主要有 钻孔灌注桩、成管
灌注桩、挖孔桩、打入预制桩、旋喷桩
桩基质量检测 包括两方面的内容:桩基质量
评价和桩基的承载力确定 。
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8.2 锤击法
锤击法是一种 瞬态动测法。 嵌入土中的桩
基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹
性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外
力 F时,桩体内相邻质点间的应力发生变化,
引起应变的传递,产生弹性波。
可 定量确定出桩体的质量以及估算出承载力
的大小 。
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8.2.1 方法原理
1,桩体缺陷检测
在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 F,并在震
源点附近接收时,其断裂面和桩底面上将产生
反射和透射的 P波。由于为近法线入射,转换
横波可不考虑。
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tLV
P
/2?
( 1,8,2 )
tVL
P
???
2
1
( 1,8,5 )
对于一完整摩擦桩,其桩底反射的相位与入射
波或激振信号的相位是相反的。
1 )摩擦桩
在计算承载力时,采用较大的力锤击桩边土(自
由落锤),迫使桩土体系共同振动
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?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
g
w
m
g
wf
n
因
2
)2( ?
( 1,8, 8)
g
wf
P
n
K
?
?
?
?
??
2
)2(
( 1,8,9 )
2
2
2
101
3
1
)16(
93
1
3
1
rLArLrW
rALW
zz
?
?
?
?
?
?
?
????
??
?
( 1,8,1 0 )
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其中,z
r
为 桩 周 土 扩 散 半 径, 计 算 公 式 为,
0;
23
2
2
1
LdtgLr
z
?
?
?
?
?
?
?
?
??
为桩全长; L 为桩实际入土长度; A
为桩身截面面积;
1
r
为混凝土容重,一般取 2,4 t/m
3;
2
r
为桩周土容重 加权平均值 ;
?
为内摩擦角加权平
均值;
d
为桩身直径。此外,W
2
还可采用下式计算,
22
rALW
t
???
,其中
t
L
为桩折算长度( m ),当
m10?L
时,
m8.1?
t
L;当 10 m<L< 1 5 m 时,
)10(12.08.1 ??? LL
t ;
当
15?L
时,
m4.2?
t
L
。考虑到土质情况,在计算单
桩容许承载力时加一安全系数,
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tf
5.1
}{}{}{
22
/ mmtf
k
skq
P
??
?
( 1,8,1 1 )
表 1.8.3 波速与桩基质量关系表
桩基质量类别 V
P
(m / s) 相当混凝土强度参数 k g f / c m
2
)
优 质 > 4 1 2 0 > 2 5 0
良 好 3300 - 4120 200 - 250
一 般 2750 - 3300 100 - 150
较 差 1920 - 2750 > 1 0 0
劣 质 < 1 9 2 0 < 1 0 0
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有关 桩体质量的综合评价分类标准 如下:
① A类:结构完整, 混凝土质量优良 。
② B类:结构完整, 桩径有变化或混凝土质量
基本正常 。
③ C类:局部断裂或混凝土有严重离析层或混
凝土质量较差 。
④ D类:结构破坏, 混凝土质量极差 。
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8.3 机械阻抗法
8.3,1 方法原理
该方法又称为稳态正弦扫频激振法。即 对桩顶施加
幅值不变的变频激振力,利用速度导纳随激振频率
变化的特征来检测桩基质量并计算承载力。
当在桩顶施加一激振力
)( tf
,其频谱为
)( fF
,则桩体内
产生应力波并向下传播,遇不均匀界面形成反射回
到桩顶,此时,利用检波器在桩顶上可接收到其振
动信号
)( tV
,其频谱
)( fV
,则 速度导纳 定义 为,
)(
)(
)(
fF
fV
fZ ?
( 1.8,12 )
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应用时,可根据已知桩长和测得的 f? 计算 C
V
。正常
情况下,砼的波速
3600?
C
V
~
4500 m/s,若 C
V
小于此范围,说明砼的质量较差。另
外,也可利用 f? 和正常砼波速 V
C
值反算桩长 L
m
,质
量好的桩 L =L
m;若 L
m
<L,则反映了在深度 L
m
处
有质量问题。
2,特征导纳
所谓 特征导纳是指导纳频谱曲线上振幅的几何
平均值, 实测特征导纳
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理论上的特征导纳 有
ccc
AV
N
??
?
?
1
( 1,8,15 )
若
NN
m
?
,为正常桩;
NN
m
?
,说明
c
?
,c
V
或 A
C
变
小。 c
?
,c
V
变小反映砼质量差,A
C
变小反映有缩径;
若 N
m
随频率增高而变小,表示桩径上大下小,一般
为缩颈桩。
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M
M
D
F
V
f
K
?2
?
( 1.8.16 )
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9, 地震小区划中的物探方法
在区域地壳稳定性评价的基础上,按天然
地震作用强度和特征对居民区、工业区、单独
大型建筑场地进行(预测天然地震对于结构物
的影响程度)的分区,这种分区称为地震小区
划分,简称地震小区划。
地震效应的详细分区,即依据强震时的破
坏效应与土层条件、地下水位、弹性波传播速
度的关系以及与层状结构有关的地面波谱特征
的关系进行分区。
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地震小区划工作的定量方法有多种,与应
用地球物理有关的方法主要有综合物探法,平
均剪切模量法、地震刚度法、常时微动法和一
维反应分析法。
9.1 地震刚度法
,地震刚度, 是地震时抵抗岩石内形变传
播的特征指标 。 在某种意义上,, 刚度, 可解
释为抵抗, 松散, 。
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地震刚度愈大的岩石, 则地震震级增量较小;
地震刚度愈小的松散, 饱和水堆积土, 则地震
刚度增量较大 。 如果地震震级增量用花岗岩作
为标准, 地震刚度不同的岩土, 其震级增量差
可达 1— 3级 ( 表 1.9.1) 。
地震刚度 r用弹性波传播速度 V与岩土密度 ?
的乘积表示,即。
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岩 土 名 称 地震震级增量 岩 土 名 称 地震震级增量
1,坚硬岩石
花岗岩 0
石灰岩、页岩、片麻岩 ( 密实的 ) 0.2 - 0,4
密实的砂岩 0.5 - 0.3
Ⅱ,泥灰岩、泥板岩 0.7 - 1.0
Ⅲ、大块碎石类
碎石及砾石 0.9 - 1.3
砾石 1.0 - 1.5
Ⅳ、砂类
砾砂和粗粒砂 1.2 - 1.4
中粒砂 1.3 - 1.6
细砂和粉砂 1.4 - 1.8
Ⅴ,粘土类
粘土
亚粘土
亚砂土
亚粘土和砂土
Ⅵ,含水岩层
砾石和卵石
砂类土
粘性土 ( 亚砂土、亚粘土 )
Ⅶ,填土和土壤
填土
土壤
1.2 - 1.6
1.3 - 1.7
1.4 - 1.8
1.7 - 2.1
1.6 - 2.0
2.0 - 2.4
2.4 - 2.8
2.3 - 2.6
2.6 - 3.0
表 1.9.1 不同类型岩土的地震震级增量
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计算相对于标准土层的 烈度增量 C
I?
设研究区的土层平均 地震刚度值 为 nn
V ?
,标准地段的
平均地震刚度值 为 00
?V
,
则
00
lg67.1
?
?
V
V
I
nn
C
??
( 1,9,1 )
最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得的
纵波值应换算成不含水的地层所具有的数值 。
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2,计算 潜水水位引起的 烈度增量 B
I?
B
I?
由潜水水位深度 h 来确定,即
204.0
}{
mB
heI
?
??
( 1.9.2 )
如果地下含水层在细砾层中,系数可采用 0.5 — 0.9 。
3, 地震烈度全增量
I?
BC
III ?????
( 1.9.3 )
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与此同时,它还可用下式计算
2
000
2
lg8.0
fV
fV
I
nnn
?
?
??
( 1,9,4 )
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9.2 常时微动法
地球表层任何地点, 任何建筑物的地基,
都在以 微小的振幅不停地振动着, 其振幅通常
不超过数微米, 振动周期一般为 0.5秒至数秒,
这种不停的微小振动被称为 常时微动 。
微动的发生源可分为自然因素和人文因素
两大类,前者如风、雨、海浪、火山活动等,
后者如工厂生产、交通运输、建筑施工等。通
常将 有特定振源的微动称作振动,而将无特定
振源且周期较长(长于 5秒)的微动称作脉动。
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对于无特定振源、周期又比较短(小于 5
秒)的微动称作 常时微动 。
因为各种振源的综合作用产生的波动在传
播过程中必然要携带途中介质(地基)特性
的某些信息,所以观测研究地基(地表或地
下)的常时微动,可以推断地基的弹性(速
度)构造和振动特性。
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地基土相当于一个 滤波器 。对于水平层状构造
的地基,采用 反射横波理论,我们可以求得地基土
的 频率响应函数,或称为 传播函数 H (
?
),经推导可
得
1121
/
)(
a
V
iG
a
ViG
H
sn
n
snn
?
?
?
?
?
( 1,9,5 )
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当穿过地表土层的复合振动的周期为 4倍
波的旅行时间( H/VS1)时,地表土层的振动
将最为显著。 T称为土层的 卓越周期 。
当建筑物的自振周期与土的卓越周期相等
或接近时,建筑物的震害都有加重的趋势。
基岩上的 表土层越厚,场地土的 卓越周
期越大 ;相同厚度情况下,表土层越松散,
波速越低,则 卓越周期越大 。
5 地震折射波法
在工程地震勘探中, 地震折射波法是一种
简便经济的勘探方法, 在精度要求不高的情况
下, 它可 为工程地质提供浅层地层起伏变化和
速度横向变化资料以及潜水面的变化资料 等,
还可 为反射波法勘探提供用于静校正的表层速
度和低速带起伏变化资料 。 有关折射波的形成
及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一
和第二章中讨论过了, 在此, 仅就资料的采集
和处理解释问题进行论述 。
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应特别指出的是,必须保证相遇时距曲线
互换点及追逐时距曲线重迭部分在干涉区以外。
道和道距:折射波法勘探中一般采用单个检
波器作为一道接收, 而不搞组合检波, 其主要原
因就是它不需要考虑压制面波干扰问题, 因为目
前所考虑的折射波仅仅只是首波, 即是最先到达
的波 。 首波中包含了直达波和折射波 。 在采集中,
我们只要注意压制随机干扰并兼顾激发能量, 就
可获得质量较高的首波记录 。 此外, 为了不漏掉
浅层薄层信息, 道距的选择是十分重要的 。 一般
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有等间距和不等间距两种方式 。 在不等间距
接收中, 一般可把接收排列的道距设计成小
一大一小方式, 也可把它设计成小一大方式 。
道距的选择一般为 1~10m,可按勘探目的层深
度, 地层展布, 仪器道数以及激发能量等情
况而定 。
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5,2,2,2 单支时距曲线的解释
2
232
1
131
3
3
1
2
211
2112122
11
c o s2c o s2
)/(12
//c o s2/
/
V
iz
V
iz
V
x
T
v
VVz
VxVizVxT
VxT
???
?
????
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2
2
322
1
2
311
3
)/(12)/(12
/
V
VVz
V
VVz
Vx
?
?
?
??
( 1,5,3 )
上式中 1
V
、
2
V
和
3
V
可由各自的时距曲线的斜率求出 。
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故有
2
21
11
1
)/(1
2
VV
V
Z
?
?
?
2
32
2
1
2
311
22
)/(1
)/(12
2
1
VV
V
V
VVZ
Z
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?? ?
( 1.5,5 )
5.2,2.3 相遇时距曲线的 0t 法
该方法又称 0t 差数时距曲线法
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6 地震透射波法
在工程地震勘探中, 透射波法 主要用于 地
震测井 ( 地面与井之间的透射 ), 地面与地
面之间 凸起介质体 的勘查和 井与井之间地层
介质体 的 勘查 。 地质目的不同, 所采用的方
法手段也不同 。 但从原理上讲, 均是采用透
射波理论, 利用波传播的初至时间, 反演表
征岩土介质的岩性, 物性等特性以及差异的
速度场, 为工程地质以及地震工程等提供基
础资料或直接解决其问题 。
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6.1 地面与井的透射
井口附近激发,井中不同深度上接收透
射波或反之的地震工作称为 地震测井 。
6.1.1 透射波垂直时距曲线
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透射波时距曲线方程为
2
1
1
1
V
zz
V
z
t
?
??
从两层介质很容易推广到
n
层介质,对应的 透射波垂
直时距曲线方程 为
n
n
V
zz
V
zz
V
zz
V
z
t
1
3
23
2
12
1
1 ?
?
??
?
?
?
?? ??
n
n
i
ii
n
i
V
zz
V
zz
V
z
1
1
21
3
1
1 ?
?
??
?
?
?
?
??
?
( 1,6,1 )
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图 1.6.1 地震测井
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图 1,6,1 为多层介质的透射波垂直时距曲线图。 由
图可知,利用垂直时距曲线的折点,可以确定相应
地层的厚度,根据 折线各段的斜率,能求出各层的
层速度 t
h
V
i
?
?
?
,进一步就得到地震波在 不同深度 H
以上的地层平均速度 m
V
。
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6.1.3 资料的处理解释
1,初至拾取及井源距校正
1) 初至拾取
2) 井源距校正
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2,速度计算及成图
1 ) 层速度计算
先根据垂直时距曲线上,观测点的分布规律按折线
段分层,折点与分界面位置相对应,各段直线的斜
率倒数就是对应层的层速度
i
V,即
1
1
?
?
?
?
?
?
?
?
ii
ii
i
i
i
tt
HH
t
H
V
( 1.6,4 )
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2 ) 平均速度计算
由垂直时距曲线上的
t
和对应的
H
,根据公式
t
hH
V
c
m
?
?
( 1,6,5 )
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6.2.1 跨孔法
跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、横
波的传播速度、弹性模量及衰减系数等,这些
参数可用于岩体质量的评价。
2,透射 CT成像技术 ( 专题 )
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7 瑞雷波法
瑞雷波法勘探实质上 是根据瑞雷面波传播的
频散特性,利用人工震源激发产生多种频率成分
的瑞雷面波,寻找出波速随频率的变化关系,从
而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标
的变化关系,以解决浅层工程地质和地基岩土的
地震工程等问题。
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和已有的浅层折射波法和反射波法相比,
瑞雷波的 独特之处 是它 不受地层速度差异的
影响, 折射波法和反射波法对于波阻抗差异
较小的地质体界面反映较弱, 不易分辨, 尤
其是折射波法要求下覆层速度大于上覆层速
度, 否则为其勘探中的盲层, 瑞雷波法则不
存在这类问题 。 但 瑞雷波法的勘探深度受方
法本身的限制, 明显不如前两者, 而纵横向
分辨率又高于前两者 。
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7,1 勘探原理
瑞雷波沿地面表层传播,表层的厚度约为一个波长,因此,
同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变
化情况,不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质
情况。
?
?
?
?
?
????
???
iiRi
iRi
xfV
txV
/2
/
?
( 1,7,1 )
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( fV R ? 曲线→( λ =VR/f )→ RRV ?? 曲线→ (H= β × λ
R) → VR — H 曲线)
7,2,2 瞬态法
瑞雷波的传播速度为,
txV
R
??? /
( 1,7,7 )
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)(c o s)(
1
11
R
V
x
tAtu ?? ?
( 1,7,8 )
)(c o s)(
2
22
R
V
x
tAtu ?? ?
( 1,7,9 )
两个记录在何时最相似
)()(
1
)(
21
1
?? ??
?
?
nunu
N
R
N
n
( 1,7,1 1 )
此时速度计算公式为,
012
/)( ?xxV
R
??
( 1,7,1 2 )
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dttutur )()()(
1221
?? ??
?
??
?? ( 1,7,16 )
对求出的互相关函数做 Fo urier 变换,
)(
21
)(
12
*
12
2
2121
|)(|
|)(||)(|
)()()(
12
fi
i
fi
efR
efufu
fufuderfR
??
???
?
??
??
?
?
??
?
??
??
( 1,7,17 )
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对于 一般岩 石 泊松比 25.0?? 左右,穿透深度约为
0,65 λ
R
。 对于 土体 而言,泊松比
45.04.0 ???
,则穿
透深度 R
H ?)84.079.0( ?
。 实际应用中,对于 淤泥质
软塑土层,穿透深度可取 R
?85.0
。
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8 桩基无损检测
( 不涉及以动力机器设计为目的的桩基动力试
验 )
8.1 桩基的类型和质量问题
目前采用的桩基主要有 钻孔灌注桩、成管
灌注桩、挖孔桩、打入预制桩、旋喷桩
桩基质量检测 包括两方面的内容:桩基质量
评价和桩基的承载力确定 。
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8.2 锤击法
锤击法是一种 瞬态动测法。 嵌入土中的桩
基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹
性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外
力 F时,桩体内相邻质点间的应力发生变化,
引起应变的传递,产生弹性波。
可 定量确定出桩体的质量以及估算出承载力
的大小 。
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8.2.1 方法原理
1,桩体缺陷检测
在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 F,并在震
源点附近接收时,其断裂面和桩底面上将产生
反射和透射的 P波。由于为近法线入射,转换
横波可不考虑。
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tLV
P
/2?
( 1,8,2 )
tVL
P
???
2
1
( 1,8,5 )
对于一完整摩擦桩,其桩底反射的相位与入射
波或激振信号的相位是相反的。
1 )摩擦桩
在计算承载力时,采用较大的力锤击桩边土(自
由落锤),迫使桩土体系共同振动
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?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
g
w
m
g
wf
n
因
2
)2( ?
( 1,8, 8)
g
wf
P
n
K
?
?
?
?
??
2
)2(
( 1,8,9 )
2
2
2
101
3
1
)16(
93
1
3
1
rLArLrW
rALW
zz
?
?
?
?
?
?
?
????
??
?
( 1,8,1 0 )
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其中,z
r
为 桩 周 土 扩 散 半 径, 计 算 公 式 为,
0;
23
2
2
1
LdtgLr
z
?
?
?
?
?
?
?
?
??
为桩全长; L 为桩实际入土长度; A
为桩身截面面积;
1
r
为混凝土容重,一般取 2,4 t/m
3;
2
r
为桩周土容重 加权平均值 ;
?
为内摩擦角加权平
均值;
d
为桩身直径。此外,W
2
还可采用下式计算,
22
rALW
t
???
,其中
t
L
为桩折算长度( m ),当
m10?L
时,
m8.1?
t
L;当 10 m<L< 1 5 m 时,
)10(12.08.1 ??? LL
t ;
当
15?L
时,
m4.2?
t
L
。考虑到土质情况,在计算单
桩容许承载力时加一安全系数,
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tf
5.1
}{}{}{
22
/ mmtf
k
skq
P
??
?
( 1,8,1 1 )
表 1.8.3 波速与桩基质量关系表
桩基质量类别 V
P
(m / s) 相当混凝土强度参数 k g f / c m
2
)
优 质 > 4 1 2 0 > 2 5 0
良 好 3300 - 4120 200 - 250
一 般 2750 - 3300 100 - 150
较 差 1920 - 2750 > 1 0 0
劣 质 < 1 9 2 0 < 1 0 0
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有关 桩体质量的综合评价分类标准 如下:
① A类:结构完整, 混凝土质量优良 。
② B类:结构完整, 桩径有变化或混凝土质量
基本正常 。
③ C类:局部断裂或混凝土有严重离析层或混
凝土质量较差 。
④ D类:结构破坏, 混凝土质量极差 。
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8.3 机械阻抗法
8.3,1 方法原理
该方法又称为稳态正弦扫频激振法。即 对桩顶施加
幅值不变的变频激振力,利用速度导纳随激振频率
变化的特征来检测桩基质量并计算承载力。
当在桩顶施加一激振力
)( tf
,其频谱为
)( fF
,则桩体内
产生应力波并向下传播,遇不均匀界面形成反射回
到桩顶,此时,利用检波器在桩顶上可接收到其振
动信号
)( tV
,其频谱
)( fV
,则 速度导纳 定义 为,
)(
)(
)(
fF
fV
fZ ?
( 1.8,12 )
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应用时,可根据已知桩长和测得的 f? 计算 C
V
。正常
情况下,砼的波速
3600?
C
V
~
4500 m/s,若 C
V
小于此范围,说明砼的质量较差。另
外,也可利用 f? 和正常砼波速 V
C
值反算桩长 L
m
,质
量好的桩 L =L
m;若 L
m
<L,则反映了在深度 L
m
处
有质量问题。
2,特征导纳
所谓 特征导纳是指导纳频谱曲线上振幅的几何
平均值, 实测特征导纳
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理论上的特征导纳 有
ccc
AV
N
??
?
?
1
( 1,8,15 )
若
NN
m
?
,为正常桩;
NN
m
?
,说明
c
?
,c
V
或 A
C
变
小。 c
?
,c
V
变小反映砼质量差,A
C
变小反映有缩径;
若 N
m
随频率增高而变小,表示桩径上大下小,一般
为缩颈桩。
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M
M
D
F
V
f
K
?2
?
( 1.8.16 )
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9, 地震小区划中的物探方法
在区域地壳稳定性评价的基础上,按天然
地震作用强度和特征对居民区、工业区、单独
大型建筑场地进行(预测天然地震对于结构物
的影响程度)的分区,这种分区称为地震小区
划分,简称地震小区划。
地震效应的详细分区,即依据强震时的破
坏效应与土层条件、地下水位、弹性波传播速
度的关系以及与层状结构有关的地面波谱特征
的关系进行分区。
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地震小区划工作的定量方法有多种,与应
用地球物理有关的方法主要有综合物探法,平
均剪切模量法、地震刚度法、常时微动法和一
维反应分析法。
9.1 地震刚度法
,地震刚度, 是地震时抵抗岩石内形变传
播的特征指标 。 在某种意义上,, 刚度, 可解
释为抵抗, 松散, 。
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地震刚度愈大的岩石, 则地震震级增量较小;
地震刚度愈小的松散, 饱和水堆积土, 则地震
刚度增量较大 。 如果地震震级增量用花岗岩作
为标准, 地震刚度不同的岩土, 其震级增量差
可达 1— 3级 ( 表 1.9.1) 。
地震刚度 r用弹性波传播速度 V与岩土密度 ?
的乘积表示,即。
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岩 土 名 称 地震震级增量 岩 土 名 称 地震震级增量
1,坚硬岩石
花岗岩 0
石灰岩、页岩、片麻岩 ( 密实的 ) 0.2 - 0,4
密实的砂岩 0.5 - 0.3
Ⅱ,泥灰岩、泥板岩 0.7 - 1.0
Ⅲ、大块碎石类
碎石及砾石 0.9 - 1.3
砾石 1.0 - 1.5
Ⅳ、砂类
砾砂和粗粒砂 1.2 - 1.4
中粒砂 1.3 - 1.6
细砂和粉砂 1.4 - 1.8
Ⅴ,粘土类
粘土
亚粘土
亚砂土
亚粘土和砂土
Ⅵ,含水岩层
砾石和卵石
砂类土
粘性土 ( 亚砂土、亚粘土 )
Ⅶ,填土和土壤
填土
土壤
1.2 - 1.6
1.3 - 1.7
1.4 - 1.8
1.7 - 2.1
1.6 - 2.0
2.0 - 2.4
2.4 - 2.8
2.3 - 2.6
2.6 - 3.0
表 1.9.1 不同类型岩土的地震震级增量
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计算相对于标准土层的 烈度增量 C
I?
设研究区的土层平均 地震刚度值 为 nn
V ?
,标准地段的
平均地震刚度值 为 00
?V
,
则
00
lg67.1
?
?
V
V
I
nn
C
??
( 1,9,1 )
最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得的
纵波值应换算成不含水的地层所具有的数值 。
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2,计算 潜水水位引起的 烈度增量 B
I?
B
I?
由潜水水位深度 h 来确定,即
204.0
}{
mB
heI
?
??
( 1.9.2 )
如果地下含水层在细砾层中,系数可采用 0.5 — 0.9 。
3, 地震烈度全增量
I?
BC
III ?????
( 1.9.3 )
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与此同时,它还可用下式计算
2
000
2
lg8.0
fV
fV
I
nnn
?
?
??
( 1,9,4 )
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9.2 常时微动法
地球表层任何地点, 任何建筑物的地基,
都在以 微小的振幅不停地振动着, 其振幅通常
不超过数微米, 振动周期一般为 0.5秒至数秒,
这种不停的微小振动被称为 常时微动 。
微动的发生源可分为自然因素和人文因素
两大类,前者如风、雨、海浪、火山活动等,
后者如工厂生产、交通运输、建筑施工等。通
常将 有特定振源的微动称作振动,而将无特定
振源且周期较长(长于 5秒)的微动称作脉动。
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对于无特定振源、周期又比较短(小于 5
秒)的微动称作 常时微动 。
因为各种振源的综合作用产生的波动在传
播过程中必然要携带途中介质(地基)特性
的某些信息,所以观测研究地基(地表或地
下)的常时微动,可以推断地基的弹性(速
度)构造和振动特性。
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地基土相当于一个 滤波器 。对于水平层状构造
的地基,采用 反射横波理论,我们可以求得地基土
的 频率响应函数,或称为 传播函数 H (
?
),经推导可
得
1121
/
)(
a
V
iG
a
ViG
H
sn
n
snn
?
?
?
?
?
( 1,9,5 )
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当穿过地表土层的复合振动的周期为 4倍
波的旅行时间( H/VS1)时,地表土层的振动
将最为显著。 T称为土层的 卓越周期 。
当建筑物的自振周期与土的卓越周期相等
或接近时,建筑物的震害都有加重的趋势。
基岩上的 表土层越厚,场地土的 卓越周
期越大 ;相同厚度情况下,表土层越松散,
波速越低,则 卓越周期越大 。