波速綜合測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

馮 偉

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

近幾年來越來越多運(yùn)用彈性波、電磁波理論等工程物探方法配合傳統(tǒng)的鉆探為巖土工程勘察服務(wù)已成為一種趨勢(shì)。波速測(cè)試是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技術(shù)的一個(gè)重要分支。彈性波在地層介質(zhì)中的傳播，可分為體波和面波，體波又可分為壓縮波和剪切波。它們?cè)诘貙咏橘|(zhì)中傳播的特征和速度各不相同，由此，可以在時(shí)域波形中加以區(qū)別。利用面波測(cè)試方法可連續(xù)加密測(cè)點(diǎn)，來獲得連續(xù)的地質(zhì)界面，并配合鉆探和剪切波測(cè)試可以有效的解決傳統(tǒng)鉆探方法以點(diǎn)帶面劃分地質(zhì)界面時(shí)帶來的漏判、劃分不準(zhǔn)確等問題，并可以提供工程建設(shè)所需的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)等多項(xiàng)巖土動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

波速測(cè)試和鉆探相結(jié)合的綜合勘察技術(shù)方法能夠起到互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證的作用，可為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目概況

本次為集運(yùn)站槽倉(cāng)至裝車站斜坡場(chǎng)地的勘察，設(shè)計(jì)利用斜坡坡度和自然高差將煤從槽倉(cāng)通過皮帶傳送至裝車站。主要查明地層結(jié)構(gòu)、成因類型，為設(shè)計(jì)提供可靠的巖土工程資料，并對(duì)建筑地段的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。

勘察場(chǎng)地地層上部為素填土，下部為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙，底部為侏羅系中統(tǒng)的砂巖、泥巖互層。鉆探設(shè)備到達(dá)不了的斜坡地段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和人工釬探進(jìn)行推測(cè)。本次勘察斜坡地帶未見地下水。

2 物探測(cè)試

2.1 方法及原理

1)剪切波測(cè)試。

采用人工擊振單孔檢層法，在已完成鉆孔中進(jìn)行，儀器選用武漢中巖科技有限公司生產(chǎn)的RSM-24FD浮點(diǎn)工程動(dòng)測(cè)儀器和JBT-Ⅱ型井下三分向探頭。該儀器采用高信噪比電路設(shè)計(jì)，采樣間隔范圍大，多核16位A/D速度快，精度高。在本次實(shí)測(cè)過程中，儀器主要技術(shù)指標(biāo)和工作參數(shù)為:孔口震源距為1.5 m，測(cè)點(diǎn)間距為1 m，動(dòng)態(tài)范圍100 dB，采樣間隔200 μs，采樣長(zhǎng)度1 024，采樣分辨率24位A/D，信號(hào)分辨率16 bit，噪聲水平不大于20 μV。

2)面波測(cè)試。

由于地層的時(shí)代不同，成因不同，地層的風(fēng)化程度不同，存在波速及密度差異，地震勘探會(huì)得到覆蓋層底、風(fēng)化殼等波阻抗信息。從物性前提講，勘探區(qū)具有良好的地震勘探的地震地質(zhì)條件。

為提高本次工程物探的精度及有效性，在物探工作之前，根據(jù)場(chǎng)區(qū)的具體條件，進(jìn)行了反射地震勘探方法、折射地震勘探方法及面波地震勘探方法的對(duì)比試驗(yàn)。由于該場(chǎng)區(qū)波阻抗界面埋深較淺，地面高差大，現(xiàn)場(chǎng)干擾大，對(duì)反射地震勘探的資料解釋影響很大，放棄了反射地震勘探方法。經(jīng)過認(rèn)真分析研究對(duì)比試驗(yàn)，折射波地震勘探方法對(duì)巖土分層也不甚理想。最終采用對(duì)巖土分層較理想的面波地震勘探方法。

試驗(yàn)儀器采用GeoPenSE2404D型瞬時(shí)浮點(diǎn)高分辨率綜合數(shù)字地震儀。測(cè)試方法采用落重激振瞬態(tài)法，震源采用24磅錘擊震源。儀器主要技術(shù)指標(biāo)和工作參數(shù)為：地震勘探道距1.0 m，24通道標(biāo)準(zhǔn)儀器接收；儀器的記錄長(zhǎng)度設(shè)置為1 024～2 048樣點(diǎn)，采樣間隔0.5 ms～0.2 ms，動(dòng)態(tài)范圍大于120 dB，瞬時(shí)浮點(diǎn)放點(diǎn)，信號(hào)分辨率20 bit。

2.2 測(cè)試方案

本場(chǎng)地槽倉(cāng)至裝車站之間斜坡段距離約600 m，以設(shè)計(jì)提供的1∶ 500地形圖及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)放的鉆孔位置為依據(jù)，采用測(cè)繩測(cè)量各地球物理勘探點(diǎn)。布置了三條面波測(cè)試剖面，每條剖面10個(gè)測(cè)試點(diǎn)，共計(jì)30個(gè)面波測(cè)試點(diǎn)。在測(cè)試點(diǎn)位于斜坡位置布置鉆探孔4個(gè)，并在每個(gè)鉆孔處進(jìn)行剪切波速測(cè)試，在斜坡處面波測(cè)試點(diǎn)位進(jìn)行人工釬探。

3 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

本次采用面波地震勘探查明了覆蓋層厚度、基巖埋深和基巖風(fēng)化層厚度。對(duì)野外采集到的面波地震勘探資料，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理及綜合解釋，與剪切波測(cè)試結(jié)果和鉆探、釬探地層對(duì)比分析，建立了物探試驗(yàn)波速與巖土層界面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提高了勘察資料的準(zhǔn)確性和可靠性。表1列出了根據(jù)勘探分層結(jié)果進(jìn)行的物探數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況。

表1 勘探和物探結(jié)果分層統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以得出，因素填土的密實(shí)程度不同導(dǎo)致波速值發(fā)生很大變化，密實(shí)度增大，波速增高，密實(shí)度減小，波速相應(yīng)降低；因場(chǎng)地上部砂層處于凍結(jié)狀態(tài)，凍結(jié)程度不同其波速值有所變化，凍結(jié)程度越高，波速越高，凍結(jié)層的砂層波速比未凍結(jié)波速高出很多。根據(jù)巖體的風(fēng)化程度不同，巖體風(fēng)化程度越深，波速越低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)傳統(tǒng)的勘察方法進(jìn)行擴(kuò)展，利用波速測(cè)試方法結(jié)合鉆探結(jié)果查明了斜坡段場(chǎng)地的巖土界線和凍結(jié)層厚度。通過不同方法的數(shù)據(jù)對(duì)比可以建立良好的相互關(guān)系，對(duì)于探索工程勘察中較復(fù)雜地段的方法研究提供了參考。波速測(cè)試方法還有很多不同類型的綜合應(yīng)用，在勘察、設(shè)計(jì)、施工中都能起到很大的作用，需要我們進(jìn)一步去發(fā)掘，為工程建設(shè)提供更大的幫助。