公路地質勘察瑞雷波技術

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近年來，我國公路交通建設事業迅速發展，由于公路長達數十至數百公里，跨越不同的地形地貌和地層、地質構造分布區，地質環境復雜，公路沿線的高邊坡路塹、橋梁、隧道等工程地質勘察質量的要求越來越高，勘察設計任務繁重?？紤]到常規的鉆探方法勘探周期長、成本高，已不能滿足國家現代化建設及公路發展的要求。為此，近幾年在公路工程地質勘察中采用了省時省力、快速經濟的瑞雷波勘探技術。瑞雷波法是一種新型的物探技術，同一波長瑞雷波的傳播特性反映了巖土介質在水平方向上的變化，不同波長(頻率)瑞雷波的傳播特性反映了巖土介質在不同深度上的變化。瑞雷波勘探的直接成果是得到各測點處面波速度隨深度的變化曲線，即瑞雷波的頻散曲線，根據頻散曲線的特征及其變化規律作出符合客觀的地質解譯，其成果是各層的厚度和波速，從而查明地下一定深度范圍內巖土各分層的巖性、埋深和瑞雷面波傳播速度，據此可對巖土的工程地質l生質作出評價。

1瑞雷波勘探技術工作原理

瑞雷波的頻散特性和在巖土介質中的傳播速度與巖土體的地質條件(礦物成分、密實程度、裂隙發育情況等)密切相關。利用瑞雷波的頻散特性和傳播速度與巖土物理力學性質的相關性可以解決較多的工程地質問題。在公路工程地質勘察中，常用來確定沿線高邊坡、深路塹、橋梁、隧道進出口的巖土分層，給出基巖風化分帶，判斷巖土各分層的巖性、埋深和物理力學參數。本文以某高速公路為例，介紹瑞雷面波法在公路巖土工程地質勘察中的分析應用。

2工程實例應用分析

2．1數據采集

本次勘察段高速公路瑞雷波勘探儀器為SE2404EP型綜合工程探測儀、WZG24型高分辨地震儀，采用18磅錘擊作為激發震源，具體采用的采集參數見表1。

2.2勘探點布設

瞬態瑞雷波法探測的剖面長度、點距等根據沿線的地質情況、地球物理條件實地確定?？v剖面布設應與工程地質剖面一致，一般沿路線中線布設；地質條件簡單時，建議采用2～3個面波勘探點間隔1個機鉆勘探點，地質條件復雜時可采用面波勘探點和機鉆勘探點相間分布。必要時增加橫剖面，一般不少于3個勘探點(一個鉆探點，二個面波點)。在重要工點(如隧道進出口段)可在路中線兩側增設縱剖面。部分面波勘探點應與機鉆勘探點重合，便于對照分析、驗證，提高勘探精度。勘探點間距可按相關規程、規范及相應的勘察階段來確定。

2．3勘察成果

采用瞬態瑞雷面波勘探，采集到原始資料是面波沿地表傳播的振動波形，原始資料整理和解釋內容包括：對原始資料進行整理，檢查核對，編錄得到面波原始記錄波形圖(圖1)；確定面波時間一空間窗口；在頻率一波數域內提取面波；計算各頻率條件卜面波的傳播速度；形成頻散曲線圖并進行頻散分析(圖2)；根據頻散曲線的變化，對地層數和各層速度的變化范圍做出定性分析；進行定量解釋，確定各層的厚度，計算各層的波速；與相鄰鉆孔對比分析，對資料做出地質解釋，繪制成面波柱狀圖(圖3)。在此基礎上，通過統計分析綜合給出了勘探區巖土分類與瑞雷波速V(m／s)對應表(表2、表3)。

2．4勘探成果應用

根據相關的經驗公式口J計算相應的物理力學指標，面波波速近似等于剪切波波速，并具有相關性，相關公式為：VR=V(0．87+1．12m)／(1+m)式中：m——泊松比；V——面波速度；v——彈性波速橫波速度。即面波波速與介質的物理力學性質密切相關。從完整巖石至流塑狀土體的面波速度V0．92V0．97V。V與標準貫入擊數N具有相關性，各地均有依據統計得到的經驗公式，中科院T程力學研究所有下列推薦得到的經驗公式，中科院工程力學研究所有下列推薦公式：Vs=85．34Nn。v與地基承載力的關系可表示為：(】02：0．11405xVR。式中：——為地基了承載力(單位：kPa)，它對應丁沉降量s與承載板寬度b之比(s／b)為0．02時的地基承載特征值。

2．5勘探效益分析

與常規的鉆探方法對比，瑞雷面波法具有快速經濟等優，表4為瑞雷面波法和鉆探二者之問的對比(計算深度為35rn)，通過對比，采用瑞雷面波法勘探所用時間為鉆探用H,j’1／10，費用約為鉆探的1／5。若采用綜合勘探的方法(瑞雷面波法加適量鉆探)勘探用時和費用可節約30～40％，經濟效益和社會效益著。3結束語在公路工程勘察中，設置合理的參數(如選擇頻率范圍，1要考慮要求的勘探深度；而采用的頻率間隔，主要考慮精度和分辨率)進行濾波處理，可以消除十擾，提高瑞雷波的探洲精度?？傊?，瑞雷波法具有快速方便、省時省力的優點，有利1降低勘探成本，縮短了勘察周期，提高了勘察的質量。