物探技術(shù)在工程勘察中的應(yīng)用

講解綱要地震波類勘探技術(shù)的典型應(yīng)用超聲波類探測(cè)技術(shù)的典型應(yīng)用電磁波法勘探及其應(yīng)用電法勘探及其應(yīng)用電磁法勘探及其應(yīng)用淺層地震波勘探簡(jiǎn)介

淺層地震勘探作為工程勘探的一種物探方法，主要通過(guò)研究人工激發(fā)的地震波在巖、土介質(zhì)中的傳播規(guī)律，以探測(cè)淺部地層和構(gòu)造的分布,進(jìn)而完成覆蓋層界面形態(tài)勘查，基巖風(fēng)化帶及起伏情況探查，場(chǎng)地內(nèi)構(gòu)造的發(fā)育狀況及展布方向，場(chǎng)地不良地質(zhì)情況調(diào)查等。該方法具有測(cè)試精度高，施工較為簡(jiǎn)便，資料解釋自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。特別是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的地震勘探儀器，其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)120dB以上，這滿足了淺層地震儀器信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)由于施工場(chǎng)地限制，采用增強(qiáng)地震儀這一功能，使地震振源問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，只采用一般的大錘即可完成勘探，這大大拓寬了該方法的使用條件?！瓷洳\層地震波勘探的工作示意圖

瑞雷面波折射波聲波SE2404Ep綜合工程探測(cè)儀檢波器淺層地震波勘探的工作步驟

1、觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、野外數(shù)據(jù)采集3、室內(nèi)數(shù)據(jù)處理分析4、地質(zhì)解譯5、提交報(bào)告淺層反射波法勘探淺層反射波法勘探的用途淺層反射波法的物理前提：兩層介質(zhì)的波阻抗不同，即ρV(密度與速度的乘積)不同。

地震波淺層反射法，可用以解決下列問(wèn)題

1、測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；2、追索斷層破碎帶、裂隙密集帶以及不整合面；3、研究巖石的彈性性質(zhì)，即測(cè)定巖石的動(dòng)力彈性模量和動(dòng)泊松比；4、劃分巖體的風(fēng)化帶，測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化；

淺層反射波疊后地震時(shí)間剖面同相軸淺層反射波法時(shí)間剖面斷層特征斷層斷層斷層

SE2404NTE應(yīng)用實(shí)例（單炮記錄）淺層地震反射波法勘探是地震勘探方法中較為常用的一種方法，主要用于地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)等方面。常采用水平疊加觀測(cè)系統(tǒng)，并配合有相對(duì)比較完善的數(shù)據(jù)處理軟件。１．山東龍口地區(qū)某煤田地震反射波法勘探地點(diǎn)：山東省龍口儀器設(shè)備：SE2404A檢波器：100Hz接收道數(shù)：12震源：18磅大錘道間距：3米偏移距：36米水平疊加次數(shù)：6次采集方式：12道滾動(dòng)采集從CDP剖面可以清楚地看到三個(gè)同相軸，其分別對(duì)應(yīng)第四系砂層、基巖以及煤層，同時(shí)在剖面的后部可看出一條發(fā)育規(guī)模較大的斷層。從上頁(yè)單張地震記錄中可以清晰地看到各個(gè)目的層的反射波信號(hào)，而且有效反射波沒(méi)有和面波產(chǎn)生干涉區(qū)域。

２．遼寧本溪高速公路勘察項(xiàng)目淺層地震反射波法勘探

程中應(yīng)該進(jìn)行地形改正，以使所得到的CDP剖面能更加真實(shí)地反映地下巖土的空間分布規(guī)律和構(gòu)造發(fā)育情況，下圖為經(jīng)過(guò)地形改正處理之后的CDP剖面。該項(xiàng)目為丹東－拉薩高速公路本溪段高速公路勘察項(xiàng)目，主要目的是進(jìn)行公路隧道的選線以及查明地質(zhì)構(gòu)造情況。在工作中采用以地震反射波法勘探為主，配合傳統(tǒng)鉆探手段的工作方法。由于測(cè)試場(chǎng)地位于山區(qū)，故在資料處理過(guò)礦區(qū)采空區(qū)探測(cè)采空區(qū)探測(cè)成果圖

淺層折射波法勘探淺層折射波法勘探的用途

淺層折射波法應(yīng)用的物理前提：目的層介質(zhì)的平均波速一定要大于上層介質(zhì)的平均波速。

地震波淺層折射法，可用以解決下列問(wèn)題：1、測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；2、追索斷層破碎帶和裂隙密集帶以及不整合面；3、研究巖石的彈性性質(zhì)，即測(cè)定巖石的動(dòng)力彈性模量和動(dòng)泊松比；4、劃分巖體的風(fēng)化帶，測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化；…直達(dá)波折射波淺層折射波法勘探工作示意圖

淺層折射波法勘探的原理

折射波法地震勘探是利用人工震源激發(fā)的地震波在地下介質(zhì)中傳播，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速大于上部介質(zhì)的波速時(shí)，波就會(huì)改變?cè)瓉?lái)的傳播方向而產(chǎn)生折射，在入射角等于臨界角時(shí)，折射波就會(huì)沿界面?zhèn)鞑ィ串a(chǎn)生所謂的滑行波，這種滑行波引起界面上各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并以新的形式傳播到地面，在地面上觀測(cè)其到達(dá)的旅行時(shí)間和接收點(diǎn)到震源的距離，就可以求出折射界面的埋藏深度及界面速度。淺層折射波法勘探工作步驟

3、完成生產(chǎn)任務(wù)：根據(jù)地質(zhì)任務(wù)的實(shí)地情況確定測(cè)區(qū)范圍，在實(shí)驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上布設(shè)測(cè)線和輔助測(cè)線，用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ〉觅Y料和進(jìn)行資料的地質(zhì)解釋。4、資料的處理及地質(zhì)解譯淺層折射波法數(shù)據(jù)處理步驟

以差數(shù)時(shí)距曲線法求速度和t0法求界面為例介紹折射數(shù)據(jù)處理步驟：1、讀取折射波初至?xí)r間；2、繪制折射波時(shí)距曲線；3、繪制t0

~θ曲線；4、計(jì)算、繪制速度界面5、進(jìn)行地形校正，結(jié)合地質(zhì)資料做地質(zhì)解譯所有的運(yùn)算過(guò)程均由軟件程序完成，方便快捷。淺層地震折射波法勘探應(yīng)用實(shí)例淺層地震折射波法主要應(yīng)用于工程勘探中，以確定工程場(chǎng)地的巖土層分層厚度、構(gòu)造帶等。折射波法能夠從原始的采集資料中直接獲得巖土層的埋藏深度以及折射界面上下巖土體的速度等參數(shù)，是工程勘察中較為重要的物探方法。下圖為按照雙重相遇觀測(cè)系統(tǒng)采集的折射波原始資料：

下圖為采用t0-θ法解釋的地質(zhì)剖面：

地點(diǎn)：吉林化學(xué)工業(yè)公司30萬(wàn)噸乙烯工程資料提供單位：長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院工程技術(shù)研究所儀器設(shè)備：SE2404型綜合工程探測(cè)儀工作通道數(shù)量：24道工作方法：折射波法震源形式：炸藥資料的評(píng)價(jià)結(jié)果：利用該方法所解釋的地質(zhì)界面的埋藏深度以及破碎帶的位置得到了鉆探和槽探的驗(yàn)證，所提供的成果符合工程地質(zhì)的要求。石油地震低速帶校正在石油地震勘探中，為了進(jìn)行低速度帶校正和尋找地下水的埋深度，指導(dǎo)地震生產(chǎn)中的放炮井的生產(chǎn)，常常利用小折射的方法進(jìn)行工作。由于低速帶測(cè)試工作是在地震工作區(qū)域內(nèi)，根據(jù)不同的地貌單元進(jìn)行的點(diǎn)測(cè)試，這就要求儀器設(shè)備除了滿足測(cè)試要求之外，還應(yīng)該小巧輕便等易操作性等。左圖為新疆塔克拉馬干沙漠中所采集的低速帶校正資料。

根據(jù)上面所采集到的記錄，可確定低速帶的速度和埋藏深度，從而用于地震資料的校正計(jì)算。下圖為解釋計(jì)算結(jié)果：

地震映像法勘探測(cè)試前進(jìn)方向映像法勘探的工作原理示意圖

MiniSeis6便攜式地震儀

該方法是以固定的偏移距，以一定的點(diǎn)距逐點(diǎn)采集，最終將所有采集的記錄拼接為一張地震時(shí)間剖面。由于同一地層的地震波特性相同，因此通過(guò)分析地震波同相軸特性即可得到豐富的地質(zhì)信息，進(jìn)而達(dá)到勘探的目的。地震映像法勘探實(shí)例水域地震映像法與陸地相比較，水域中激發(fā)條件和接收條件比較好而且波的分布特征比較單一，因此為地震映像法提供比較理想的地球物理?xiàng)l件。水域映像法實(shí)質(zhì)上與淺剖儀相類似，只是在震源的選擇方面比較靈活而且具有較深的勘探深度。下圖為青島某水域?qū)崪y(cè)的資料。地點(diǎn)：青島資料提供單位：吉林大學(xué)工程技術(shù)研究所/青島海地所儀器設(shè)備：SE2404Ep型綜合工程探測(cè)儀震源形式：電火花巖土體波速測(cè)試巖土體彈性波測(cè)試是工程地質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)比較常見(jiàn)的物探測(cè)試方法，主要利用所測(cè)的巖土體的橫波速度和縱波速度，提供場(chǎng)地土的類型和場(chǎng)地類別，為建筑工程抗震設(shè)計(jì)提供參數(shù)，同時(shí)也可以利用速度參數(shù)計(jì)算巖土體的其它動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和評(píng)價(jià)砂土液化等。

波速測(cè)試的用途波型其它可測(cè)定內(nèi)容優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)直達(dá)波法跨孔法PS波測(cè)孔可作工程勘察技術(shù)孔使用①已知波的傳播路徑②可逆，多為SV③測(cè)試深度大精度高①測(cè)試需要兩個(gè)以上的鉆孔②要做垂直校正③要避免折射速度檢層法下孔法PS波有的能夠同時(shí)進(jìn)行靜力觸探①只需要單孔②可逆，多為SV③適用地震反映分析參數(shù)④工作空間小①測(cè)得的是某一深度內(nèi)的平均速度②淺層易受干擾上孔法PS波測(cè)孔可作工程勘察技術(shù)孔使用①只需要單孔②可逆，多為SV③適用地震反映分析參數(shù)④工作空間小⑤能夠避免探頭不貼井壁①測(cè)得的是某一深度內(nèi)的平均速度②干擾大，不易辨別震相隨著波速測(cè)試技術(shù)研究的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷地拓展。目前國(guó)內(nèi)外通行的現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試技術(shù)如下表所述：直達(dá)波法波速測(cè)試的分類下孔法波速測(cè)井工作原理重物叩板井下三分量探頭一般在每個(gè)測(cè)點(diǎn)，叩板左、右各敲一張記錄，然后移到下一測(cè)點(diǎn)，同樣采集兩張記錄（如上圖所示）。下孔法波速測(cè)井計(jì)算原理橫波(S波)具有反相性即橫波的相位隨震源的激發(fā)方向的不同而不同。因此，同一地震道在叩板左、右敲擊采集的地震記錄拼到一起如下圖所示。利用這一特性我們很容易識(shí)別S波。下孔法巖土體波速的計(jì)算彈性波的旅行時(shí)間ti，然后由鉆孔中測(cè)點(diǎn)深度hi與叩板與鉆孔的垂直距離s來(lái)計(jì)算P、S波的速度，公式如下。所有的計(jì)算過(guò)程均利用相應(yīng)軟件完成。只需輸入板孔距s及彈性波旅行時(shí)間ti及測(cè)點(diǎn)深度hi即可。下孔法巖土體波速測(cè)試實(shí)例長(zhǎng)春鐵北某鉆孔波速測(cè)試成果瞬態(tài)瑞雷波勘探在巖土工程中的應(yīng)用瞬態(tài)瑞雷波勘探是一種新型的物探方法，它利用了瑞雷波的兩種特性：1、瑞雷波在分層介質(zhì)中傳播的頻散特性2、瑞雷波傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)的密切相關(guān)性因此，在巖土工程的勘察、施工及監(jiān)理和監(jiān)測(cè)過(guò)程中，借助實(shí)測(cè)的瑞雷波頻散曲線可獲瑞雷波速度、剪切波速度，進(jìn)而對(duì)地層進(jìn)行劃分、確定地基持力層、劃分軟弱地層的埋深和范圍、評(píng)價(jià)基巖的完整性及劃分場(chǎng)地土類別等。

簡(jiǎn)介

瑞雷波：是沿介質(zhì)與大氣層接觸的自由表面?zhèn)鞑サ牟?，其特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)在通過(guò)傳播方向的垂直面內(nèi)沿橢圓軌跡作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，其長(zhǎng)軸垂直于介質(zhì)表面，長(zhǎng)短軸之比大致為3:2隨深度呈指數(shù)衰減，但在水平方向衰減很慢。瑞雷波的傳播特征

左圖：瑞雷波的傳播特征右圖：瑞雷波隨深度的衰減特征瑞雷波勘探的基本原理

瑞雷波的頻散特性瑞雷波在多層介質(zhì)中的相速度隨頻率變化的現(xiàn)象被稱為瑞雷波的頻散。因此，同一波長(zhǎng)的瑞雷波的傳播特性反映了地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)的瑞雷波的傳播特性反映了不同深度的地質(zhì)情況。瑞雷波勘探的基本原理

μ:剪切模量σ:泊松比Ε:彈性模量ρ:密度Vs:剪切波速度Vp:壓縮波速度瑞雷波的速度與介質(zhì)的彈性力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系瑞雷波勘探的工作方法

地震波的旅行路徑及采集示意圖……瑞雷波的識(shí)別

右圖為24道地震儀采集的瑞雷面波記錄。

瑞雷波頻率低，能量大，在記錄中顯示為“胖”的掃帚狀。圖中紅色框中所圈定的波形即為瑞雷波。瑞雷波相速度的求取

瑞雷波速度求取分三步進(jìn)行：1、在時(shí)間域中提取瑞雷波；2、對(duì)時(shí)間域拾取的面波做FFT變換，提取頻散點(diǎn)；3、頻散曲線分析，求層速度，進(jìn)而做地質(zhì)解譯。瑞雷波在巖土工程中的應(yīng)用1、工程地質(zhì)勘察2、地基加固效果評(píng)價(jià)3、巖土的物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試4、公路、機(jī)場(chǎng)跑道質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)5、飽和砂土層液化判別6、場(chǎng)地土類型、場(chǎng)地類別劃分7、滑坡體調(diào)查瑞雷波勘探在巖土工程勘察中的應(yīng)用通過(guò)定量解釋，可以得到各地質(zhì)層彈性波的速度及厚度，進(jìn)而對(duì)地層進(jìn)行劃分，確定地基的承載力及持力層。瑞雷波勘探在地基加固效果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用軟基加固就是通過(guò)不同的方法，如強(qiáng)夯、置換、化學(xué)處理等，使軟土地基變“硬”。瑞雷波評(píng)價(jià)加固效果，是通過(guò)實(shí)測(cè)地基加固前后的波速差異，得到處理后的地基的物理力學(xué)性質(zhì)的改善程序，同時(shí)可對(duì)處理后場(chǎng)地在水平方向的均勻性做出評(píng)價(jià)，以及確定加固所影響的深度和范圍。瑞雷波勘探在公路、機(jī)場(chǎng)跑道無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用該方法利用人工激發(fā)的高頻瑞雷波，測(cè)出路面、路基的波速，進(jìn)而計(jì)算出路面的抗折、抗壓強(qiáng)度及路基的載荷能力，以及各結(jié)構(gòu)層的厚度。該方法用于機(jī)場(chǎng)跑道和高等級(jí)公路的另一項(xiàng)意義是可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量隨年代變化的連續(xù)檢監(jiān)測(cè)。瑞雷波勘探在滑坡體調(diào)查中的應(yīng)用

物探方法在滑坡體探測(cè)中的應(yīng)用非常多，滑坡體的探測(cè)特別是滑坡界面的確定將直接影響到滑坡體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和治理方案的設(shè)計(jì)。瑞雷波勘探方法在淺層具有非常高的分辨率，特別對(duì)于下覆軟弱層具有較強(qiáng)的探測(cè)能力，而且所需的測(cè)試場(chǎng)地比較小，因此對(duì)于滑坡前緣埋藏比較淺的滑坡面的探測(cè)是一種比較有效的探測(cè)方法。瑞雷波在飽和砂土層的液化判別中的應(yīng)用飽和砂層在振動(dòng)作用下液化與否，與砂土層的密度有關(guān)，越松散越易發(fā)生液化，反之，則不易液化。反映在波速上，波速越低越易液化；反之，不易液化。根據(jù)一定場(chǎng)地內(nèi)的飽和砂土層的埋深，地下水位的深淺等地質(zhì)條件，可以計(jì)算出該飽和砂土層的液化臨界波速值。實(shí)測(cè)波速值大于該臨界值時(shí)，則為非液化層，小于該臨界值則為液化層。小結(jié)瞬態(tài)瑞雷波勘探具有輕便、快捷、高效，淺層分辨率高等特點(diǎn)，同時(shí)瑞雷波勘探是無(wú)損勘探，能較準(zhǔn)確的給出不同層位的巖土體縱、橫波速度。進(jìn)而可以計(jì)算出巖土體的力學(xué)參數(shù)，為設(shè)計(jì)施工參數(shù)。因此，瑞雷波勘探在巖土工程中必將有更加廣泛的用途。彈性波CT成像技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

隨著我國(guó)工程建設(shè)的發(fā)展，越來(lái)越多的大中型建筑物在不良地質(zhì)區(qū)興建，尤其是在巖溶發(fā)育地區(qū)，基巖頂面、溶洞及溶蝕裂縫發(fā)育形態(tài)非常復(fù)雜。目前常規(guī)的工程地質(zhì)鉆探由于勘察鉆孔數(shù)量有限，且是“一孔之見(jiàn)”，難于反映地下不良地質(zhì)體分布及其形態(tài)。而地震波層析成像具有較高的分辨率，更有利于全面細(xì)致的對(duì)巖體進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，圈出地質(zhì)異常體的空間位置，彌補(bǔ)了鉆探的不足，為設(shè)計(jì)部門提供有效的參考依據(jù)。地震波層析可分為體波層析和面波層析兩大類，而體波層析又可分為反射層析、折射層析和透射層析，本報(bào)告中彈性波CT成像均指透射波CT成像。前言

工作方法及儀器設(shè)備

透射波CT成像多采用單點(diǎn)激發(fā)多點(diǎn)接收的工作方式，即在一個(gè)鉆孔中以一定的點(diǎn)距逐點(diǎn)激發(fā)地震波，而在另一個(gè)鉆孔中以相同的點(diǎn)距用傳感器同時(shí)接收同一震源點(diǎn)激發(fā)的地震波信號(hào)，并用儀器將地震波形信號(hào)記錄下來(lái)，從而構(gòu)成跨孔地震CT成像激發(fā)、接收觀測(cè)系統(tǒng)。移動(dòng)炮點(diǎn)及檢波點(diǎn)，使測(cè)線達(dá)到要求的測(cè)試精度。具體工作過(guò)程參見(jiàn)下圖。野外單炮記錄波形圖一個(gè)接收排列的測(cè)線剖面圖排列位置固定，根據(jù)測(cè)試精度要求，逐點(diǎn)放炮所得測(cè)線密度如左圖所示。儀器設(shè)備主機(jī)測(cè)試應(yīng)采頻響范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、采樣精度高的地震儀。檢波器測(cè)試宜采用頻響范圍寬、靈敏度高、非線性失真小的檢波器組成的檢波器串。這樣一次激發(fā)多個(gè)檢波器接收，所得到的記錄為共源記錄，各個(gè)檢波器所接收到的信號(hào)具有相似性，為有效信號(hào)的識(shí)別和提取提供有利條件。

震源由于彈性波CT測(cè)試的兩個(gè)鉆孔間距一般在50m之內(nèi)，所以井下震源采用脈沖型電火花震源，這種震源具有連續(xù)激發(fā)能力，能量損耗小，激發(fā)深度大，延時(shí)小以及一致性好的特點(diǎn)，激發(fā)的地震波一致性較好。能夠激發(fā)出一致性較好的高質(zhì)量地震波。

數(shù)據(jù)處理步驟數(shù)據(jù)處理分以下幾個(gè)步驟：1.讀取地震縱波初至?xí)r間2.按相應(yīng)觀測(cè)系統(tǒng)編輯數(shù)據(jù)3.檢查擬合數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)正確、合理4.按設(shè)定的反演參數(shù)反演成圖成果解譯彈性波CT成像是對(duì)地震波信息進(jìn)行專門的反演計(jì)算，得到被測(cè)區(qū)域內(nèi)巖土體的波速分布規(guī)律，從而對(duì)巖體進(jìn)行分類及評(píng)價(jià)。

遼寧大伙房水庫(kù)輸水工程六河地質(zhì)條件復(fù)雜段位于遼寧省桓仁縣六河谷，該區(qū)域地表下9-12m為第四系覆蓋層，基巖為大理巖，巖溶發(fā)育。根據(jù)鉆探和地面地球物理探測(cè)資料，該測(cè)區(qū)存在規(guī)模比較大的區(qū)域性構(gòu)造帶，斷層物質(zhì)主要為溶蝕大理巖及透鏡體等，上部風(fēng)化較重，為強(qiáng)風(fēng)化條帶大理巖及全風(fēng)化砂土狀大理巖；下部風(fēng)化較輕，為弱風(fēng)化條帶構(gòu)造大理巖，巖石具明顯的碎裂結(jié)構(gòu)。

測(cè)區(qū)工程地質(zhì)情況工程實(shí)例測(cè)區(qū)內(nèi)隧道的洞軸線埋藏深度為80米，而且所處的地貌單元為河谷地段，構(gòu)造、巖溶等不良地質(zhì)體與地面水體形成良好的水力聯(lián)系，這給隧道的施工帶來(lái)安全隱患。為了解決該問(wèn)題，在測(cè)試區(qū)域選擇試驗(yàn)段進(jìn)行地面灌漿處理，評(píng)價(jià)灌漿后巖體質(zhì)量的改善程度。據(jù)遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院提供的測(cè)試要求，本次測(cè)試的任務(wù)為：1、對(duì)灌漿前后的四個(gè)鉆孔進(jìn)行彈性波CT成像測(cè)試，提供鉆孔間巖體灌漿前后的縱波速度分布圖；2、利用洞軸線方向原有勘探孔和新增勘探孔，采用彈性波CT成像技術(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)提供出不同深度巖體動(dòng)彈性模量。目的及任務(wù)工程實(shí)例本次工作遵循《水電物探規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，采用跨孔彈性波CT成像技術(shù)在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)兩個(gè)鉆孔間作彈性波CT剖面。采用單點(diǎn)激發(fā)多點(diǎn)接收的工作方式，即在一個(gè)鉆孔中以一定的點(diǎn)距逐點(diǎn)激發(fā)地震波，而在另一個(gè)鉆孔中以相同的點(diǎn)距用傳感器同時(shí)接收同一震源點(diǎn)激發(fā)的地震波信號(hào)，并用儀器將地震波形信號(hào)記錄下來(lái)，從而構(gòu)成跨孔地震CT成像激發(fā)、接收觀測(cè)系統(tǒng)。移動(dòng)炮點(diǎn)及檢波點(diǎn)，使測(cè)線達(dá)到要求的測(cè)試深度和精度。工作方法工程實(shí)例工程實(shí)例測(cè)試采用井間彈性波層析成像技術(shù)，接收點(diǎn)距2m，炮距2m。鉆孔Ⅸ-1與鉆孔Ⅵ-1’間距為10.7m,鉆孔Ⅵ-1’與鉆孔Ⅰ-2間距為14.4m,鉆孔Ⅰ-2與鉆孔Ⅵ-4間距為15.8m,鉆孔Ⅸ-1與鉆孔Ⅵ-4間距為12.18m，鉆孔Ⅰ-2與鉆孔Ⅸ-1間距為24.6m，鉆孔Ⅵ-4與鉆孔Ⅵ-1’間距為9.05m，鉆孔深65-80m。鉆孔平面布置圖工作方法及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

主機(jī)

本次測(cè)試采用SE2404EP型綜合工程檢測(cè)儀。采集參數(shù)設(shè)置如下：采樣率：0.05ms

采樣長(zhǎng)度：1024字節(jié)濾波器：50Hz陷波濾波器

檢波器

測(cè)試采用由12個(gè)頻響范圍寬、靈敏度高、非線性失真小的檢波器組成的檢波器串。

震源

由于本次彈性波CT測(cè)試的兩個(gè)鉆孔間距在30m之內(nèi)，所以井下震源采用脈沖型電火花震源。工程實(shí)例觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程實(shí)例觀測(cè)系統(tǒng)是指接收點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)的空間位置關(guān)系，在地震波CT層析成像測(cè)試過(guò)程中，合理地設(shè)置觀測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)試工作成敗的關(guān)鍵，本次測(cè)試所采用的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選擇炮點(diǎn)距為2m，道距2m，最后的測(cè)線寬度如左圖所示。左上圖所示為野外采集的單炮數(shù)據(jù)，在采集過(guò)程中一定要保證初至清晰，否則會(huì)給后續(xù)處理帶來(lái)較大的誤差。工程實(shí)例數(shù)據(jù)采集完成后，利用相關(guān)軟件讀取縱波初至。左下圖是讀取初至軟件界面。最后利用專門的反演軟件進(jìn)行計(jì)算，繪出縱波速度分布圖。測(cè)試成果分析解譯(剖面Ⅵ4-Ⅰ2)灌漿前在Ⅵ4-Ⅰ2剖面中-34m至-74m范圍巖體縱波速度分布極不均勻的，表現(xiàn)為高速區(qū)域與低速區(qū)域交錯(cuò)分布，同時(shí)-54m至-62m存在一個(gè)范圍較大的低速區(qū)域(3000m/s-3800m/s)(見(jiàn)左圖)。灌漿后，-34m以下巖體的速度為3400m/s-6000m/s較灌漿前巖體的縱波速度有大幅度提高，且速度分布趨于均一。其中灌漿前在-54m至-62m處存在的低速區(qū)域，其速度已提高到灌漿后的5400m/s-6000m/s(見(jiàn)右圖)。

Vp(m/s)灌漿前Ⅵ4Ⅰ2灌漿后Ⅰ2Ⅵ4測(cè)試成果分析解譯(剖面Ⅸ1-Ⅰ2)灌漿前剖面中-48m至-34m以下巖體縱波速度較高，在鉆孔Ⅰ2側(cè)巖體的縱波速度比較低(見(jiàn)左圖)。灌漿前Ⅸ1Vp(m/s)Ⅰ2灌漿后Ⅰ2Ⅸ1從灌漿前后的剖面圖中可以看出，剖面Ⅸ1側(cè)巖體的縱波速度的分布特征沒(méi)有變化。而剖面的Ⅰ2側(cè)-56m以下的巖體縱波速度均提高到了5800m/s以上，同時(shí)灌漿前剖面中-66m出現(xiàn)的條帶狀相對(duì)低速區(qū)消失了，速度分布趨于均一。另外，剖面Ⅰ2側(cè)-42m至-47m處巖體的縱波速度較灌漿前偏低(見(jiàn)右圖)。測(cè)試成果分析解譯(剖面Ⅵ1’-Ⅰ2)灌漿處理前，-46m以下巖體的縱波速度為3800m/s-6000m/s，縱波速度橫向分布呈由Ⅵ1’到Ⅰ2變低的趨勢(shì)。縱波速度在5400m/s以上的高速區(qū)域分布范圍非常小，而且呈現(xiàn)不連續(xù)的塊狀分布。Ⅰ2孔一側(cè)的巖體速度為1400m/s-3800m/s，整體表現(xiàn)為低速度帶（見(jiàn)左圖）。

灌漿前Ⅵ1’Vp(m/s)Ⅰ2灌漿后Ⅰ2Ⅵ1’灌漿后該剖面的速度分布發(fā)生了比較大的變化，表現(xiàn)為巖體的速度分布比較均勻，縱波速度高于5400m/s的高速區(qū)區(qū)域的規(guī)模較灌漿前有所擴(kuò)大，并呈現(xiàn)比較連續(xù)的分布規(guī)律。同時(shí)灌漿前縱波速度的橫向分布發(fā)生了較大規(guī)模的改變。Ⅰ2鉆孔附近-46m以下巖體的縱波速度也由灌漿前的3000m/s-4200m/s提高到3800m/s-5400m/s(見(jiàn)右圖)。測(cè)試成果分析解譯(剖面Ⅵ4-Ⅸ1)

灌漿前在-48m至-56m出現(xiàn)高速區(qū)域，剖面在Ⅵ4側(cè)縱波速度較Ⅸ1側(cè)偏低，且分布不均一(見(jiàn)左圖)。

灌漿前Ⅵ4Vp(m/s)Ⅸ1灌漿后Ⅸ1Ⅵ4灌漿后原高速區(qū)域的分布形態(tài)幾乎沒(méi)有變化，縱波速度高于5800m/s的區(qū)域范圍變大。剖面的Ⅵ4側(cè)巖體縱波速度提高不明顯(見(jiàn)右圖)。

灌漿前在-48m至-46m出現(xiàn)高速區(qū)域，剖面在Ⅵ1’側(cè)縱波速度較高，而在Ⅸ1端縱波速度相對(duì)比較低。縱波速度橫向呈現(xiàn)極不均一的分布特征(見(jiàn)左圖)。

測(cè)試成果分析解譯(剖面Ⅵ1’-Ⅸ1)灌漿前Ⅵ1’Vp(m/s)Ⅸ1灌漿后Ⅸ1Ⅵ1’灌漿后由于在測(cè)試過(guò)程中發(fā)生事故，檢波器串卡在鉆孔中，灌漿后的剖面只能做到236m深度處，但僅就所測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在剖面Ⅸ1側(cè)的-48m至-56m處縱波速度還是有比較明顯的提高。但是在Ⅵ1’側(cè)由于射線密度不夠，致使計(jì)算結(jié)果有一定的偏差，無(wú)法進(jìn)行對(duì)比分析。

測(cè)試成果分析解譯(剖面Ⅵ4-Ⅵ1’)灌漿前剖面在-66m到-48m巖體的縱波速度較高。且剖面在Ⅵ1’側(cè)的-48m至-60m出現(xiàn)一高速區(qū)域，整個(gè)剖面縱波速度橫向分布呈現(xiàn)由Ⅵ1’向Ⅵ4降低的趨勢(shì)，其中在-60m處存在一低速區(qū)域(見(jiàn)左圖)。

Ⅵ1’灌漿后Ⅵ4Ⅵ1’灌漿前Vp(m/s)Ⅵ4灌漿后的剖面顯示，剖面在Ⅵ4側(cè)自-48m至-76m巖體的縱波速度有較大的提高，但是由于該鉆孔沒(méi)有灌漿，因此灌漿后巖體的縱波速度均一性不好。而剖面Ⅵ1’側(cè)的高速區(qū)域較灌漿前有所下移，但是整個(gè)剖面的速度分布趨于均一(見(jiàn)右圖)。測(cè)試成果分析解譯(剖面KK67-Ⅵ1’)該剖面-46m至-50m間存在一明顯的速度分界面，其上部巖體縱波速度較低(1400m/s-3800m/s)，下部巖體縱波速度較高(3800m/s-6000m/s)，且速度分布非常不均一，在-66m至-74m深度范圍內(nèi)存在一低速區(qū)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，利用巖體的縱波速度計(jì)算巖體的動(dòng)彈性模量Ed，繪制成彈性模量Ed等值線分布圖。計(jì)算過(guò)程中縱波速度小于2500m/s的區(qū)域未參與計(jì)算。Vp(m/s)KK67Ⅵ1’測(cè)試成果分析解譯(一)、巖體縱波速度與巖芯采取率對(duì)比分析

通過(guò)與鉆孔資料對(duì)比分析，巖體縱波速度在4200m/s-6000m/s所對(duì)應(yīng)的巖芯采取率在40%以上，速度在3000m/s-4200m/s對(duì)應(yīng)的巖芯采取率在15%-40%，速度小于3000m/s的巖體其巖芯采取率小于15%，巖體的縱波速度與巖芯采取率表現(xiàn)出比較好的相關(guān)性。但由于巖體的縱波速度受多種因素影響(如巖性、圍巖應(yīng)力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)面等)，同時(shí)在彈性波CT成像處理過(guò)程中，接收點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)及測(cè)試起止深度位置附近的單元體內(nèi)射線密度不能滿足測(cè)試精度要求，所求解的巖體縱波速度值在測(cè)試孔附近存在一定的誤差。因此個(gè)別位置巖芯采取率與巖體縱波速度的相關(guān)程度有一定的偏差。(二)、灌漿前后縱波速度對(duì)比分析

對(duì)比分析灌漿前后所有縱波速度剖面，縱波速度分布有如下特點(diǎn)：①、在-34m至-50m處存在一速度突變面，其上巖體的速度在1400m/s-3000m/s之間，其分布比較均勻，巖芯采取率比較低。②、在-34m至-50m以下，巖體的縱波速度比較高（3000m/s-6000m/s），但是在局部地段存在速度比較低的區(qū)域，速度分布呈現(xiàn)出不均勻的規(guī)律。

測(cè)試成果分析解譯測(cè)試成果分析解譯

③、灌漿后的縱波速度剖面在-34m至-50m以上變化不大，但是在該界面深度以下縱波速度的變化比較大，突出表現(xiàn)在巖體的縱波速度有大幅度的提升，特別是在灌漿前縱波速度剖面中縱波速度較低的區(qū)域。

④、灌漿處理后，巖體縱波速度呈現(xiàn)有規(guī)律的分布。這種速度的變化反映了灌漿對(duì)巖體的影響。結(jié)論工程實(shí)踐表明，彈性波CT方法效率高、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確有效，克服了常規(guī)工程鉆探之不足。通過(guò)在勘察區(qū)域布置一定數(shù)量的彈性波CT剖面，可查明基巖面的埋深、起伏形態(tài)、溶洞分布形態(tài)及溶蝕裂隙發(fā)育范圍。在巖溶發(fā)育地區(qū)興建的大、中型重要建筑的設(shè)計(jì)、施工階段，采用常規(guī)工程鉆探、地面物探與彈性波CT成像相結(jié)合的勘察方法，可避免重復(fù)勘察，消除工程安全隱患，從而降低整個(gè)工程造價(jià)。彈性波CT成像技術(shù)在巖土工程勘察中具有廣闊的應(yīng)用前景。

超聲波層析成像(CT)專題超聲波具有穿透能力強(qiáng)，檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于對(duì)混凝土的檢測(cè)，尤其適合對(duì)大體積混凝土如大壩、橋墩、承臺(tái)及混凝土灌注樁的檢測(cè)。常規(guī)的超聲波對(duì)測(cè)法及斜測(cè)法可檢測(cè)混凝土內(nèi)部的缺陷，但這需要操作人員具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，且檢測(cè)精度也不夠高，僅能得到某些測(cè)線上而非全斷面的混凝土質(zhì)量信息。將計(jì)算機(jī)層析成像（ComputerizedTomography，簡(jiǎn)稱CT）技術(shù)用于混凝土超聲波檢測(cè)，即為混凝土超聲波層析成像檢測(cè)方法。超聲波CT無(wú)損檢測(cè)簡(jiǎn)介該方法首先將待檢測(cè)混凝土斷面剖分為諸多矩形單元，然后從不同方向?qū)γ恳粏卧M(jìn)行多次超聲波射線掃描，即由來(lái)自不同方向的多條射線穿過(guò)一個(gè)單元，用所測(cè)超聲波走時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算成像，其成像結(jié)果可精確、直觀表示出整個(gè)測(cè)試斷面上混凝土的缺陷及質(zhì)量信息，使檢測(cè)精度大為提高。

超聲波CT無(wú)損檢測(cè)簡(jiǎn)介右圖為超聲波CT離散數(shù)學(xué)模型,圖中所示的為第

個(gè)聲波發(fā)射點(diǎn)到第個(gè)接收點(diǎn)的超聲波傳播路徑,

為每個(gè)網(wǎng)格單元的平均速度，聲波沿著該傳播路徑傳播的時(shí)間可以表示為[1]

激發(fā)點(diǎn)接收點(diǎn)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)基本原理當(dāng)成像單元足夠小時(shí)，可認(rèn)為每個(gè)單元的為定值。設(shè)為波的慢度，則每條波射線都可以寫出一個(gè)射線方程，其中ai代表射線在每個(gè)小單元中的旅行長(zhǎng)度：（2）如果在被測(cè)體的不同位置激發(fā)、接收，可得到個(gè)射線方程，寫成矩陣形式則為：（3）

超聲波CT無(wú)損檢測(cè)基本原理超聲波CT數(shù)據(jù)處理步驟其中每一條射線都可構(gòu)建上述公式(3)中的一個(gè)方程，有多少條射線最終就構(gòu)建多少個(gè)方程，所有的方程構(gòu)成一個(gè)巨大的方程組，最終利用相關(guān)計(jì)算方法解這個(gè)方程組，得出每個(gè)離散網(wǎng)格中的慢度值，進(jìn)而得到整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)的速度分布。接收排列布激發(fā)點(diǎn)超聲波CT原始數(shù)據(jù)處理需要專業(yè)軟件來(lái)完成，其處理步驟如下：1.在軟件中打開(kāi)原始數(shù)據(jù)，讀取初至?xí)r間。2.根據(jù)初至?xí)r間反演出速度分布。3.輸出速度分布圖，根據(jù)速度分布對(duì)被檢測(cè)體質(zhì)量做出解釋。超聲波CT數(shù)據(jù)處理步驟數(shù)據(jù)采集主機(jī)采集站超聲波檢波器超聲波CT無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備超聲波CT無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備檢波排列超聲震源超聲波CT無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例某工程T型梁超聲波CT檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)超聲波震源橋面接收橋下激發(fā)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)超聲波CT無(wú)損檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)重慶某工程野外施工照片超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例正在接收數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)波形（1）橋梁頂板聲波CT檢測(cè)

剖面位置示意圖（紅色為測(cè)區(qū)）射線分布示意圖超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例測(cè)區(qū)中部存在一個(gè)低波速區(qū)，速度在3.5～4.0km/s，強(qiáng)度偏低，面積較大，澆筑質(zhì)量相對(duì)較差，不密實(shí)。

超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例橋梁頂板聲波CT檢測(cè)

剖面位置示意圖（紅色為測(cè)區(qū)）射線分布示意圖超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例測(cè)區(qū)沿線路中線左側(cè)1.5m以外存在一個(gè)條帶狀的面積較大的低波速區(qū)，波速低于3.5km/s，強(qiáng)度偏低。推測(cè)該低波速區(qū)澆筑質(zhì)量相對(duì)較差。超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例（2）橋梁底板聲波CT檢測(cè)

剖面位置示意圖（紅色為測(cè)區(qū)）射線分布示意圖超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例測(cè)區(qū)總體速度較高，有零星的低波速區(qū)分布。超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例（3）橋梁腹板超聲波CT檢測(cè)

剖面位置示意圖（紅色為測(cè)區(qū)）射線分布示意圖超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例（4）橋梁隔板超聲波CT檢測(cè)

剖面位置示意圖（紅色為測(cè)區(qū)）射線分布示意圖超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例超聲波CT無(wú)損檢測(cè)工程實(shí)例超聲波CT成像檢測(cè)技術(shù)具有分辨率高，缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)結(jié)果直觀、圖像清晰等特點(diǎn)，是種十分有效的結(jié)構(gòu)檢測(cè)手段。新型分布式超聲波探測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)成功，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)激發(fā)多點(diǎn)同時(shí)接收，大大降低了工作量和成本，增加了射線的密度，在缺陷的判定上更為準(zhǔn)確。該新型超聲波儀的成功應(yīng)用，將有力的推動(dòng)超聲波成像技術(shù)在大型混凝土構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用。結(jié)論隧道超前探測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用

隧道地質(zhì)與工程常見(jiàn)病害1、襯砌開(kāi)裂；2、山體開(kāi)裂；3、山體側(cè)移滑動(dòng)；4、突泥涌水；5、塌方冒頂；6、漏水；7、TBM卡鉆；

圖2b下行線K47+575－577拱頂裂縫情況，裂縫為橫向變形，縱向延伸，寬度為5－30cm

圖2c下行線K47+560－570拱頂靠中墻側(cè)裂縫情況，裂縫為橫向變形，縱向延伸，寬度為5－30cm清水溝2號(hào)隧道襯砌開(kāi)裂南昆鐵路巧馬2號(hào)隧道襯砌開(kāi)裂K47+540山坡的局部裂K47+550山坡的局部裂

圖3山體開(kāi)裂形態(tài)清水溝2號(hào)隧道山頂開(kāi)裂昆石高速清水溝2號(hào)隧道入口及山體開(kāi)裂位置裂縫昆石高速清水溝2號(hào)隧道出口及山體開(kāi)裂位置裂縫2洞口山體開(kāi)裂飛魚澤隧道襯砌破壞掌鳩河引水工程廠口隧洞突泥涌水地表塌陷圖3c上行線K235+950中隔墻起拱線部錯(cuò)位，錯(cuò)位3cm-13cm圖3d上行線K235+965拱部錯(cuò)位13cm圖3e上行線K235+930仰拱裂縫，裂縫寬度約1cm圖3f下行線K235+960-965中隔墻錯(cuò)位13cm元磨高速小曼薩隧道出口側(cè)移元磨高速大風(fēng)啞口隧道突泥涌水大風(fēng)啞口隧道突泥涌水塌陷冒頂隧道漏水掌鳩河引水工程上公山隧道TBM施工卡鉆隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)TSP探測(cè)解譯技術(shù)TSP方法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的隧道隧洞長(zhǎng)期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備，也是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)重要的技術(shù)手段。該設(shè)備主要用于超前預(yù)報(bào)隧道掌子面前方不良地質(zhì)的性質(zhì)、位置和規(guī)模。最大探測(cè)距離為掌子面前方300~500米，設(shè)備限定的有效預(yù)報(bào)距離為掌子面前方100米，最高分辨率為≥1米地質(zhì)體。TSP探測(cè)解譯的關(guān)鍵技術(shù)是成果圖的解譯。(1)能夠解決的技術(shù)問(wèn)題(2)可以達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)(1)能夠解決的技術(shù)問(wèn)題能夠探測(cè)和解譯掌子面前方存在的斷層、特殊軟巖，煤系地層中的煤層、富水砂巖和煤系地層與其他巖層的界線。還可以探測(cè)和解譯掌子面前方存在的溶洞、暗河、巖溶陷落柱和淤泥帶等不良地質(zhì)體。主要是查明上述不良地質(zhì)的位置和規(guī)模，也可以概略地判斷不良地質(zhì)體的圍巖級(jí)別（圍巖級(jí)別的準(zhǔn)確判斷，尚須跟蹤地質(zhì)工作中的圍巖評(píng)價(jià)才能真正做到）。(2)可以達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

①有效預(yù)報(bào)距離可達(dá)掌子面前方100～300米，最高分辨率為1米地質(zhì)體。②對(duì)不良地質(zhì)性質(zhì)的判斷，精度一般可達(dá)到基本正確。③對(duì)不良地質(zhì)位置的判斷，精度一般可達(dá)以上90%以上。④對(duì)不良地質(zhì)規(guī)模的判斷，精度一般可達(dá)85~90%以上。掌子面波阻抗界面炮點(diǎn)檢波點(diǎn)XT直達(dá)波反射波TSP超前預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)采集觀測(cè)系統(tǒng)

TSP12超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)組成TSD超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)TSP24超前預(yù)報(bào)探測(cè)系統(tǒng)TSP24超前預(yù)報(bào)工作現(xiàn)場(chǎng)三分量加速度傳感器安裝

炮點(diǎn)TSP24超前預(yù)報(bào)工作現(xiàn)場(chǎng)TSP24超前預(yù)報(bào)工作現(xiàn)場(chǎng)TSP24數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)超前預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理軟件界面Kirchhoff

深度偏移提取反射波顯示反射界面地質(zhì)解譯TSP24數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模型分析

No.Vp(m/s)Vs(m/s)ρ(kg/m3)Ⅰ380020002000Ⅱ420022002300Ⅲ450025502500ⅠⅡⅢThesketchofmathematicalmodel模型分析

偏移成像炮點(diǎn)探測(cè)工程實(shí)例從圖P波深度偏移圖像可知，在ZK29+695.6和ZK29+731.4處有兩組明顯的反射界面，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷ZK29+695.6里程處，巖體裂隙發(fā)育，而ZK29+731.4為ε3g與ε2p巖性接觸帶。在ZK29+725.3～ZK29+729范圍內(nèi)S波反射較強(qiáng)，而P波反射較弱，分析認(rèn)為該段受ε3g與ε2p巖性接觸影響，巖溶發(fā)育，含水量大。ZK29+731.4～ZK29+743.5范圍內(nèi)巖體縱波速度低，巖體完整性稍差。據(jù)施工人員反饋，ZK29+725.3段的預(yù)測(cè)完全吻合，在ZK29+743.5～ZK29+750范圍內(nèi)裂隙較發(fā)育，開(kāi)挖時(shí)大多為線性小股水。探測(cè)工程實(shí)例地質(zhì)雷達(dá)勘探GEOPENGEOPEN緒論

探地雷達(dá)(GroundPenetratingRadar,簡(jiǎn)稱GPR)方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜(1MHz-1GHz)電磁技術(shù)。探地雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬帶電磁波，另一個(gè)天線接收來(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間(亦稱雙程走時(shí))、幅度與波形資料，可推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。探地雷達(dá)方法，發(fā)射天線與接收天線之間距離很小，甚至合而為一。當(dāng)?shù)貙觾A角不大時(shí)，反射波的全部路徑幾乎是垂直地面的。因此，在測(cè)線不同位置上法線反射時(shí)間的變化就反映了地下地層的構(gòu)造形態(tài)。探地雷達(dá)工作頻率很高，在地質(zhì)介質(zhì)中以位移電流(電通量的時(shí)間變化率)為主。因此，高頻寬頻帶電磁波傳播，實(shí)質(zhì)上很少頻散，速度基本上由介質(zhì)的介電性質(zhì)決定。探地雷達(dá)基本理論

探地雷達(dá)是研究高頻短脈沖電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律的一門學(xué)科。根據(jù)波的合成原理，任何脈沖電磁波可以分解成不同頻率的正弦電磁波。因此，正弦電磁波的傳播特征是探地雷達(dá)的理論基礎(chǔ)。電磁波傳播理論與彈性波的傳播理論有許多類似地方，兩者遵循同一形式的波動(dòng)方程，只是波動(dòng)方程中變量代表的物理意義不同。雷達(dá)波與在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的相似性，可以在資料處理中加以利用。地質(zhì)雷達(dá)儀器的簡(jiǎn)單介紹探地雷達(dá)方法技術(shù)

探地雷達(dá)的野外工作，必須根據(jù)所要研究的地質(zhì)工程、巖土工程的問(wèn)題和任務(wù)，采用合適的觀測(cè)方式、正確選擇測(cè)量參數(shù)以保證記錄質(zhì)量。一、探地雷達(dá)觀測(cè)方式目前常用的雙天線探地雷達(dá)測(cè)量方式有兩種：剖面法和寬角法。1、剖面法這是發(fā)射天線和接收天線以固定間隔距離沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式。發(fā)射天線和接收天線同時(shí)移動(dòng)一次以便獲得一個(gè)記錄。當(dāng)發(fā)射天線與測(cè)量天線同步沿測(cè)線移動(dòng)時(shí)，就可以得到一張由多個(gè)記錄組成的探地雷達(dá)時(shí)間剖面圖。雷達(dá)記錄剖面上，橫作標(biāo)為天線在地表測(cè)線上的位置，縱坐標(biāo)為雷達(dá)脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線的雙程走時(shí)。這種記錄能準(zhǔn)確地反映測(cè)線下方地下各個(gè)反射界面的起伏變化。2、寬角法當(dāng)一個(gè)天線固定在地面某點(diǎn)上不動(dòng)，而另一個(gè)天線沿測(cè)線移動(dòng)，記錄地下各個(gè)不同層面反射波的雙程走時(shí)，這種測(cè)量方法稱為寬角法。它主要是用來(lái)求取地下介質(zhì)的電磁波傳播速度。如左圖所示是另一種寬角法：共中心點(diǎn)觀測(cè)方式及其雷達(dá)剖面圖。圖中可清晰看到空氣直達(dá)波、地表直達(dá)波和不同界面的反射波。探地雷達(dá)方法的應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)是一種高分辨率探測(cè)技術(shù)，可以對(duì)淺層地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)填圖，也可以對(duì)地下淺部的掩埋目的體進(jìn)行無(wú)損調(diào)查。80年代以來(lái)由于電子技術(shù)與數(shù)字處理技術(shù)發(fā)展，探地雷達(dá)正在工程地質(zhì)勘察，災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查，公路工程質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)，考古調(diào)查以及工程施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

大型工程建筑對(duì)地基質(zhì)量要求很高，當(dāng)?shù)叵鹿こ痰刭|(zhì)條件橫向變化較大時(shí)，常規(guī)的鉆探由于只能獲得點(diǎn)上的資料，無(wú)法滿足基礎(chǔ)工程的要求，而地質(zhì)雷達(dá)由于能對(duì)地下剖面進(jìn)行連續(xù)掃描，因而在工程地質(zhì)勘察中得到了廣泛的應(yīng)用。一、軟土層的調(diào)查軟土是指天然含水量大，壓縮性高，承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。軟土在我國(guó)東南沿海地區(qū)廣泛分布。軟土在應(yīng)力作用下極易變形，因此是我程地質(zhì)勘察必須調(diào)查的對(duì)象。P111圖左圖是深圳機(jī)場(chǎng)地基下海相淤泥調(diào)查雷達(dá)剖面圖。其上是人工填土層、淤泥層。人工填土顆粒相對(duì)較細(xì)，無(wú)清晰的雷達(dá)反射波，但當(dāng)填土中混有塊石時(shí)，會(huì)造成同相軸不連續(xù)，其下的淤泥由于受塊石擠壓，形成不規(guī)則強(qiáng)雷達(dá)反射波。而淤泥層由于含水率高，相對(duì)沖積粘土，反射波視周期相對(duì)減小，呈細(xì)密波形，反射波強(qiáng)度也明顯比沖積粘土小。二、基巖面調(diào)查高層建筑對(duì)地基的附加應(yīng)力影響深、范圍廣，對(duì)地基土的承載力要求高。當(dāng)場(chǎng)地的地基土層軟弱，而在其下不太深處又有較密實(shí)的基巖持力層時(shí)，常常采用樁基礎(chǔ)，在基巖起伏劇烈地區(qū)，詳細(xì)描述基巖面起伏對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是有重要意義的。左圖廣州同德花園場(chǎng)地基巖面調(diào)查的雷達(dá)剖面圖。該場(chǎng)地第四紀(jì)地層為淤泥、粉質(zhì)粘土與砂，比較松軟，其下為灰?guī)r，其深度為18-43.5m，高差達(dá)25.5m。由于灰?guī)r與上覆地層之間電性差異較大，在地質(zhì)雷達(dá)圖像上極易視別。三、巖溶探測(cè)巖溶探測(cè)的主要目的在于查明對(duì)建筑場(chǎng)地和地基有影響的巖溶的發(fā)育規(guī)律和各種巖溶形態(tài)分布、形狀、規(guī)模。1、節(jié)理裂隙巖溶探測(cè)水對(duì)巖體的侵蝕一般自節(jié)理裂隙開(kāi)始，巖溶本身往往就是裂隙擴(kuò)大的結(jié)果，因此節(jié)理裂隙交叉處或密集帶往往是巖溶發(fā)育帶。

從雷達(dá)剖面圖中看出地下6m以上為覆蓋層，其下為灰?guī)r。當(dāng)灰?guī)r致密無(wú)溶蝕特征時(shí)，基本上無(wú)雷達(dá)反射波存在；當(dāng)灰?guī)r中存在溶蝕裂隙并充水時(shí)，由于電性差異較大，所以形成較強(qiáng)的反射波。鉆孔證實(shí)該雷達(dá)圖像是由地下水在裂隙發(fā)育帶形成的裂隙巖溶，而非溶洞。2、溶蝕通道探測(cè)巖體中的斷裂面構(gòu)成了地下水的通道，在灰?guī)r中這類斷面會(huì)由于地下水的溶蝕形成斷裂溶蝕帶。在左側(cè)的雷達(dá)圖像中可見(jiàn)一個(gè)彎曲的可追蹤的強(qiáng)反射波同相軸，該強(qiáng)反射同相軸為溶蝕通道的反射波。由于斷裂作用會(huì)在斷裂面兩側(cè)產(chǎn)生裂隙，這些裂隙和溶蝕通道構(gòu)成了水力聯(lián)系，在剖面上形成反射波垂直條帶，該條帶基本上發(fā)育在溶蝕通道兩側(cè)4m以內(nèi)。3、溶洞探測(cè)溶洞是可溶巖中的空洞。左圖為廣州花都某地溶洞探測(cè)雷達(dá)剖面圖。該處覆蓋層為細(xì)顆粒粉砂，有一定滲透性，其下為灰?guī)r。灰?guī)r附近巖溶發(fā)育，在灰?guī)r面可見(jiàn)不規(guī)則強(qiáng)反射波。在強(qiáng)反射波所圍的區(qū)域內(nèi)有一組周期短、細(xì)密的弱反射。該反射波組特征與上覆地層反射波特征類似，這表明灰?guī)r中空洞已被上覆地層沖蝕的土體所充填。溶洞上方土體已遭沖蝕，因而其反射波形態(tài)與周圍土層的反射波形態(tài)不同，這構(gòu)成了開(kāi)口溶洞特征。四、花崗巖風(fēng)化帶劃分

一般來(lái)說(shuō)巖體風(fēng)化帶可劃分為全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶、弱風(fēng)化帶和完整巖體。全風(fēng)化帶巖體結(jié)構(gòu)徹底破壞，巖體已風(fēng)化成均勻的細(xì)顆粒，因此雷達(dá)反射波很弱甚至消失，反射波同相軸連續(xù)。強(qiáng)風(fēng)化帶巖體結(jié)構(gòu)基本破壞，巖體破裂成大小不一的碎塊。由于粒度不均一性，強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)反射波強(qiáng)度加大，同相軸連續(xù)性差。弱風(fēng)化帶巖體基本結(jié)構(gòu)沒(méi)有變，但存在風(fēng)化裂隙，巖體基本完整均一，因此反射波很弱，反射波周期加大，形成稀疏的弱反射波，只有在局部風(fēng)化裂隙處才可見(jiàn)明顯反射波?！畹叵陆饘俟艿馈畲u墻內(nèi)金屬物五、地質(zhì)雷達(dá)在滑坡調(diào)查研究中的應(yīng)用六、地質(zhì)雷達(dá)在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用七、地質(zhì)雷達(dá)在考古調(diào)查中的應(yīng)用八、金屬管線探測(cè)高密度電阻率法勘探技術(shù)及應(yīng)用電阻率法(簡(jiǎn)稱電法)是一種重要的物探方法。它是以巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究人工建立的地中穩(wěn)定電流場(chǎng)的分布規(guī)律從而達(dá)到解決某些地質(zhì)問(wèn)題的目的。由于地殼中巖石和土層導(dǎo)電性差異的普遍存在，因此使電阻率法在工程、考古及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域獲得了廣泛地應(yīng)用。在均質(zhì)各向同性介質(zhì)或者層狀地電介質(zhì)中，電阻率等值線的疏密均勻，近似水平狀，電阻率梯度變化不大。電法勘探基本原理另一方面，當(dāng)介質(zhì)中存在電阻異常體時(shí)，等值線的疏密程度就要發(fā)生變化，在電阻異常部位出現(xiàn)異常阻值閉合圈。左圖：均勻地層中的電場(chǎng)分布左下：有高阻體存在的電場(chǎng)右下：有低阻體存在的電場(chǎng)電法勘探基本原理測(cè)量均勻大地的電阻率，原則上可以采用任意形式的電極排列來(lái)進(jìn)行，即在地表任意兩點(diǎn)（A、B）供電，然后在任意兩點(diǎn)（M、N）來(lái)測(cè)量其間的電位差，根據(jù)電場(chǎng)的疊加原理，可求出M、N兩點(diǎn)的電位（如下圖所示）：

顯然，AB在MN間產(chǎn)生的電位差?UMN=Iρ/2π-（1/AM-1/AN-1/BM+1/BN）

由此可得均勻大地電阻率的計(jì)算公式為：ρ=K?UMN/I式中K=2π/(1/AM-1/AN-1/BM+1/BN)UM=Iρ/2π-（1/AM-1/BM）UN=Iρ/2π-（1/AN-1/BN）電法勘探基本原理高密度電法勘探野外工作示意圖…按設(shè)計(jì)好的排列方式(設(shè)計(jì)好的極距a及隔離系數(shù)n)，利用軟件選擇采集裝置形式，即可完能智能采集，實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)，如右圖所示。智能電極開(kāi)關(guān)電纜電極主控采集站

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)E60D主機(jī)EP3000大功率供電源發(fā)電機(jī)E60D主機(jī)EP3000大功率供電源

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)E60D野外工作現(xiàn)場(chǎng)PS-2電極開(kāi)關(guān)電纜

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)E60D在深埋隧道勘察中的典型應(yīng)用，解決了以往集中式高密度電法接收排列短、功率小、勘探深度淺的技術(shù)難題。

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)典型應(yīng)用三維電法勘探野外觀測(cè)系統(tǒng)

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)典型應(yīng)用三維電法勘探野外測(cè)試成果下圖所示為三維高密度電法勘探成果，可以將電阻率值相同界面的空間展布規(guī)律清晰的突顯出來(lái)，具有探測(cè)精度更高、結(jié)果直觀的特點(diǎn)。

E60D高密度電法勘探系統(tǒng)典型應(yīng)用北京大興堤防隱患模型探測(cè)實(shí)驗(yàn)在Schlumberger電阻率剖面中有0+16.5、0+28、0+34、0+46四處高阻異常，電阻率異常點(diǎn)的收斂性較好，圖像較清晰，異常點(diǎn)容易判別。Wenner中共有六個(gè)異常區(qū)，分別位于0+5、0+17、0+29、0+35、0+45、0+55，與斯龍貝格方法測(cè)得的異常點(diǎn)位置最大相差1m。樁號(hào)0+060+160+280+340+340+460+56實(shí)測(cè)0+050+16.50+280+350+350+450+55埋深-4m-4m-3m-7m-3m-4m-3m種類裂縫樹(shù)根水泥管碎石樹(shù)根空洞鋼管模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析數(shù)據(jù)表明，實(shí)測(cè)的異常點(diǎn)所在位置在空間上定位的準(zhǔn)確性較高，同時(shí)此方法勘探為二維勘探，避開(kāi)了鉆探的一孔之見(jiàn)。廈門竹壩壩體隱患探測(cè)實(shí)例該壩壩高48m，蓄水水位達(dá)到44.7m時(shí)，曾發(fā)現(xiàn)在距壩頂3~7m范圍有不同程度的滲漏。而檢測(cè)時(shí)水位已降至42.2m，因此當(dāng)初的滲漏點(diǎn)在電阻率剖面圖中為高阻異常，測(cè)試結(jié)果顯示這些高阻異常點(diǎn)與當(dāng)時(shí)記錄的滲漏點(diǎn)位置十分一致。浸潤(rùn)線滲漏點(diǎn)工程名稱：黃河河堤隱患探測(cè)儀器型號(hào)：E60C裝置形式：溫納裝置黃河堤防隱患探測(cè)工程名稱：黃河河堤隱患探測(cè)儀器型號(hào)：E60C裝置形式：溫納裝置黃河堤防隱患探測(cè)工程名稱：安徽六安水庫(kù)滲漏探測(cè)儀器型號(hào)：E60B裝置形式：滾動(dòng)二極

電極間距：2米電極總數(shù)：120最大隔離系數(shù)：10目標(biāo)埋深：15米六安堤防滲漏檢測(cè)工程名稱：天津市北大港水庫(kù)裂縫探測(cè)儀器型號(hào)：E60B裝置形式：溫納裝置

電極間距：1米電極總數(shù)：50最大隔離系數(shù)：15目標(biāo)埋深：15米大港水庫(kù)大壩裂縫檢測(cè)工程名稱：堤壩注漿質(zhì)量檢測(cè)地點(diǎn)：浙江杭州儀器型號(hào)：E60B裝置形式：滾動(dòng)二極

電極間距：2米電極總數(shù)：34最大隔離系數(shù)：10目標(biāo)埋深：10米堤防灌漿質(zhì)量檢測(cè)工程名稱：安徽六安水庫(kù)堤壩結(jié)構(gòu)探測(cè)儀器型號(hào)：E60B裝置形式：溫納（滾動(dòng)）

電極間距：2米電極總數(shù)：120最大隔離系數(shù)：20目標(biāo)埋深：30米堤壩結(jié)構(gòu)體檢測(cè)工程名稱：山東沂源水庫(kù)粘土墻滲漏檢測(cè)儀器型號(hào)：E60B裝置形式：溫納電極間距：2米水庫(kù)粘土心墻質(zhì)量檢測(cè)地點(diǎn)：吉林省汪清水庫(kù)儀器型號(hào)：E60C高密度電法儀裝置形式：二極法電極間距：2米汪清水庫(kù)壩址區(qū)勘察儀器型號(hào)：E60B裝置形式：二極法電極間距：2米電極數(shù)：60最大隔離系數(shù)：20基巖面調(diào)查工程名稱：四川長(zhǎng)嶺縣竹海賓館擴(kuò)建工程儀器型號(hào)：E60B裝置形式：二極法電極間距：1米電極數(shù)：60最大隔離系數(shù)：15測(cè)試日期：1999年11月基巖面調(diào)查

地點(diǎn)：日本某地儀器型號(hào)：E60B裝置形式：溫納電極間距：2米電極數(shù)：30最大隔離系數(shù)：16軟弱夾層調(diào)查地點(diǎn)：湖南益陽(yáng)灰山港洛湛鐵路線儀器型號(hào)：E60B裝置形式：二極滾動(dòng)電極間距：5米

電極數(shù)：60最大隔離系數(shù)：20測(cè)試日期：1999年12月路基巖溶調(diào)查工程名稱：江山鐵路路基巖溶調(diào)查

儀器型號(hào)：SE2432地震高密度電法聯(lián)合勘探系統(tǒng)裝置形式：滾動(dòng)二極

電極間距：2米電極總數(shù)：97最大隔離系數(shù)：24

目標(biāo)埋深：30米路基巖溶探測(cè)工程名稱：上海地下輸水管道探測(cè)儀器型號(hào)：E60B裝置形式：二極滾動(dòng)

電極間距：1米電極數(shù)：30最大隔離系數(shù)：15目標(biāo)埋深：10米地下管線探測(cè)工程名稱：北京管道探測(cè)儀器型號(hào)：E60B裝置形式：二極滾動(dòng)電極間距：1米電極數(shù)：30最大隔離系數(shù)：10目標(biāo)埋深：3米測(cè)試日期：1999年5月地下管線探測(cè)工程名稱：鐵嶺龍首山人防工程探測(cè)儀