JGJ T 143-2004（条文说明） 多道瞬态面波勘察技术规程.pdf

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1、中华人民共和国行业标准多远瞬态面波勘察技术规程JGJ/T 14子一2创间条文说明前多道瞬态面波勘察技术规程JGJ/T 143-24，经建设部24年8月18日以第2号公告批准，业已发布。为便于广大勘察、检测、设计、施工、科研、学校等单位的有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定，多道瞬态面波勘察技术规程编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明，供使用者参考。在使用中如发现本条文说明有不妥之处，请将意见函寄北京市水电物探研究所O20 目次l 总则.22 2 术语和符号n2.1 术语 24 2.2符号(略) 26 3 基本规定274 仪器设备与处理软件.28 4.1 仪器设备284.2 处

2、理软件295 现场采集.到5.1 现场试验305.2 测线、测点布设315.3 正式采集315.4 采集记录质量评价 32 6 数据资料处理336.1 资料处理的主要内容(略) 33 6.2 数据资料处理336.3 面波资料的分析论证. 34 7 成果报告编写(略).35 21 1总则1.0.1 面波勘察方法是近年来发展很快的一种物探方法，大致可分为稳态方法和瞬态方法两大类。稳、态面波勘察技术由于设备沉重、勘探深度不大，虽然经过十余年的实践，但进展不快。而以北京市水电物探研究所生产的sws系列为代表的多道瞬态面破仪，却以其轻便、高效、勘探深度大、重复性好、可靠性高等优势受到业界的普遍好评，呈现

3、出了良好的发展态势，为提高工程投资效益和社会效益做出了贡献。但是，由于各仪器厂家以及使用单位，对仪器的性能指标的要求以及对方法技术本身的理解、掌握程度不一致，也出现了不注重应用条件，没有科学严谨、统一的数据处理以及解释方法，给物探方法本身带来负面影响的情况。因此，制定本规程是适时和必要的。1.0.2本条说明的是面波勘察适用于各行业利用多道瞬态面波方法进行的各类岩土工程勘察、检测。可应用于探查覆盖层厚度、划分松散地层沉积层序:探查基岩埋深和基岩界面起伏形态，划分基岩的风化带;探测构造破碎带;探测地下隐埋物体、古墓遗址、洞穴和采空区;探测非金属地下管道;探测滑坡体的滑动带和滑动面起伏形态;地基动力

4、特性测试;地基加固效果检验等。这里所列的工程领域，基本上覆盖了岩土工程勘察、检测与监测的各个方面，但并不排斥随着方法技术的进步所带来的应用范围的拓展或延伸。例如，在堤坝隐患的勘察等方面，也有成功的实例。1.0.3本条强调了面波勘察与其他岩士工程勘察手段的密切配主口。1.0.4本条强调在作业过程中要以人为本，遵守国家现行的安22 全与劳动保护条例，做到安全生产。1.0.5本条强调在应用本规程进行多道瞬态面波勘察时，不应与国家现行的有关强制性标准、规范的规定相抵触。23 2术语和符号2.1术语2. 1.1 本规程所指的面波，特指成层半无限空间的瑞利波。面波有瑞利波和勒夫波两种类型。瑞利波是在非均质

5、半无限空间中，由于自由边界的作用，非均匀平面波P和sv波相互干涉而衍生出来的，且P与sv波都沿自由面以同一视速度c吨，呈现负频散。从面波模态的角度看，最简单，也是常见的地层分层结构，是地层刚度随深度逐层增加。此时面波的大部分能量都集中在基阶模态中，形成的频散特征也比较简单，容易求出地层的弹性参数。如果地层结构中含有软弱夹层，或地表为刚度大的地层覆盖，面波的能量将扩展分布于基阶和多个高阶的模态中，构成复杂的频散特征。提取的关键在于正确识别面肢的基阶振型。面波数据处理按其算法一般分为时间域与频率域两大类。目前频率域的处理多进行j二K域(频率波数域)的变换，因为面波的各个模态，在时间和距离上往往是相

6、互穿插叠合的。在j二K域中，可以清楚地区分开面波不同模态的波动能量，从而能够单一地提取出基阶模态的频散数据。运用二维傅立叶变换，可以将时间距离域的弹性波场数据，转换为频率波数谱数据，表示为二维坐标中的图形。一般其左上角为坐标原点，纵坐标为频率轴，沿纵坐标向下波动频率增高，也就是在时间上波动越快。横坐标为波数轴，沿横坐标向右波数增多，也就是在空间上波长越短。各个波动组份谱振幅的大小，用不同颜色的色标来表示，一般色度越亮，表示谱振幅越大。波动组份坐标点(f-K)和原点联线的斜率(jIK)，体现了它的相速度。这条联线越陡，说明该波动组份的相速度越大，而越平缓则说明相速度越小。2.1.9 多道是本规程

7、强调的方法重点，它有别于原来美国研究人员提出的两道瞬态面波(亦称表面波频谱分析法)方法(1973)。多道方法是利用多个检波器按一定间距与震源排列在一条直线上组合接收面波的方法。理论和实践均证明，多道采集的25 记录，能够在时间空间域上识别各种波动组份(包括体波、面波和干扰波)的信息，有利于基阶面波的提取与利用;记录数据经过j二K域的变换，能够快速有效地分离多阶模态的面波及其他类型的波，并方便地计算出面波频散曲线。该方法最具代表性的实用系统为北京市水电物探研究所推出的sws系列多道瞬态面波系统，具有我国自主知识产权。2.1.12偏移距是有正负之分的，震惊在第一通道以外为正，末道以外为负。2.2

8、符号(略)26 3基本规定3.0.1 本条规定了进行多道瞬态面波勘察前应收集、具备的基本资料。强调了以下几个基本的要素:1 尽可能收集已有勘察资料，做到有针对性地工作，明确要解决的地质问题;2 任务书是勘察工作的重要文件，应及时向甲方索取，保障工作的合法性。3.0.2 本条规定了进行多道瞬态面波勘察前应做的准备工作，这是在前一条基础上的进一步完善和具体化。它实际上是一份完整的施工组织设计。3.0.5 本条是对成果报告书的基本要求。27 4 仪器设备与处理软件4.1仪器设备4.1.1 本条是由十多年的工程实践经验得出，其内容是各行业利用多道瞬态面波勘察方法进行各类岩土工程勘察、检测所需仪器设备性

9、能的基本条件。对于探测波速分层差别不大的地层，可采用较少的通道，对波速差别大的地层，或具有低速夹层，宜采用更多的通道，以保证空间分辨率。多道瞬态面波勘察仪器的主要技术参数如下:通道数:24道(12、24道或更多通道); 采样时间间隔:一般为10、25、50、1、250、5、1泊、2仪泊、4)()、8以)()S;采样点数:一般分512、1024、2048、4096、8192点等;模数转换:主主16位;动态范围:;: 120dB; 模拟滤波:具备全通、低通、高通功能;频带宽度:0.5-4刷出。4.1.2本条是对检波器的基本要求。检波器是面波勘察的重要组成部分，它的频响特性、灵敏度、相位的一致性以及

10、与地面(或被测介质表面)的榈合程度，都直接影响面波记录的质量。任何检波器都有其特定的频响和灵敏度。固有频率不同，其频响特性(或称带宽)也不一样，而灵敏度则取决于材料与制作工艺。检波器对于输入信号来说，相当于一个滤波器，不同的频响其输出是不一样的。般说来，接收低频信号(反映较深部信息)，就要选择具有较低固有频率的检波器;反之，接收高频信号(反映浅部信息)，就要选择具有较高固有频率的检波器。因此，合理选择检波器，对于面波勘察来说，是非常重要的。28 多道瞬态面波勘察，是采用了多个检波器来拾取不同频率(不同深度)的面波信号的，所以，各检波器之间的一致性十分重要。如果检波器的固有频率、灵敏度、阻尼等相

11、差太大，会宣接导致接收信号的相位发生畸变，从而导致面波信息的错误计算。检波器的安装，也是面波勘察的一个重要环节。因为不正确的安装会改变检波器的频率响应。一般的安装原则是:稳、正、紧04.1.3 本条强调工作排列的基本要求:1 由于算法的原因，排列中的道间距只能是线性的;2 道间距决定了频率-波数域的波数分辨率;3 排列长度决定了分辨空间的最大尺度，相应于最大的探测深度;4偏移距的选择合适与杏，直接关系到有效面波的采集。因此，本规程要求偏移距的选择，需在现场通过试验确定。4.1.4在锤击、落重、炸药三种震源中，锤击激发的地震波频率最高，采用大锤人工敲击地面，可获得深度15m以内的面波频散信息:落

12、重激发面波频率次之，采用标贯锤或其他重物，吊高1至数米，自由落下，激发出较低频率面波和得到较深处的频散信息:炸药震源频率最低，用它可得到更深处的频散信息。4.2处理软件目前国内广泛应用的主流处理软件为北京市水电物探研究所编制的CCSWS和CCSWSwin面波频散曲线分析软件和CCSWSmap面波速度映像与地质剖面图绘制软件。Windows下的CCSWSwin增加了频散曲线对比功能、道清除与内插功能和反演过程的实时分析以及频散曲线结果的多格式存储等功能。29 5现场采集5.1现场试验5.1.1 物探成果是否达到预期目的，通过试验来确定工作方法至关重要。在一个项目的全过程中，试验的技术含量是最高的

13、，应该由具有丰富经验的工程师来主持试验工作。5.1.2仪器设备系统的频响与幅度的一致性检查是一项很重要的工作。在勘察工作的始末，应进行例检，有条件时，应送回厂家进行年检。干扰波调查是指在时间空间域调查面波发育和其他波共存的情况。在面波勘察中，将面波作为有效波，而反射波、折射波、声波、直达波，以及面波的反射等均作为干扰波。由于面波传播速度较慢，能量较强，在展开排列波形图上容易识别。确定了面波后，就容易确定偏移距、道间距、采样间隔及记录长度。获得展开排列的方法是:在测线上先布置一个排列，偏移距为一个道距，采集第一个记录，然后整排列向后移一个排列距离加一个道距，仍在原激发点激发，采集第二个记录，依次

14、采集第三个、第四个记录等等，直到全波列排能在记录上体现为止。依次将几个排列记录拼接，从而获得展开排列的记录。由此分析面波的发育情况，根据基阶面波的优势段，选择合理的采集参数。面波勘察的检波器不同于通常使用的地震检波器，它不仅要求频响特性好，而且低频段比通常使用的地震检波器低得多。由公式f=争和有效勘探深度估算使用的检波器频率，国内一般用I R 于面波勘察的地震检波器低频应在4Hz左右，如果VR= 2II内，则探测深度可达25mo面波激发频率和能量也是影响勘察深度的重要环节，应在工30 作中引起重视。5.2 测线、测点布设5.2.1-5.2.5般在平坦的地区，排列与测线重合可使工作效率提高和保证

15、成果精度。在地表起伏较大的地区，可沿地表等高线、垂直或斜交等高线设计排列，使排列成直线，以免道距不等而引起较大的误差。对于滑坡体、泥石流、岩溶、士洞、采空区等勘察，由于地质体横向变化大，测线应尽量采用纵横网格布置，以利于提高勘察精度。对于条带状地质体，如地下构造破碎带、古河床调查等，测线布置应垂直于调查对象的走向，便于在正常背景下突显异常c5.2.6利用面波方法检测地基加固效果，主要是检测地基加固前后地基土的面波速度变化。面波速度可以转为剪切披速度，剪切波速度与标贯值有较好的对应关系，因此可用面波速度来评价地基士在加周前后的强度变化。检测工作应在同点同线进行。5.2.8 本条说明面波的排列方式

16、。5.3正式采集5.3.1 根据勘察目的、要求、地形地质与地球物理条件合理选用观测系统，包括选用的观测系统满足勘察要求和野外施工方便、经济两个方面。勘察目的层在水平方向的变化大于排列长度时应用全排列移动方法，移动的距离根据勘察点的距离确定;勘察目的层在水平方向的变化小于排列长度时，采用半排列移动，或更小的距离移动排列。单端激振法和双端激振法的选择，根据地质地形条件确定。在地形平坦、地质条件简单条件下一般采用单端激振法，复杂地质地形条件下应采用双端激振法，单斜地形条件下，在地层下倾方向激振具有较好的效果。排列方向的设计按条文说明第5.2节中的有关规定执行。31 5.3.2记录(时间)长度由采样点

17、数和采样间隔的变化确定，一般采样点数固定为1024点，改变采样问隔即可改变记录(时间)的长度。检波器的安置:般条件下检波器的尾锥能满足与地表的牢固安装;在特殊条件下，例如:在松散的地表可改换长尾锥来保证检波器与地表牢固插接;在坚硬的地表条件下，可采用托盘或单向磁座使检波器与地表牢固接触;在风噪声大或松散耕植士地表，可挖深20-30cm安装检波器，以改善接收条件。5.4 采集记录质量评价5.4.1-5.4.6是对采集记录质量评价做出的规定。多道瞬态面波勘察的技术特点，决定了其对采集记录质量的高标准要求，削波、坏道、记录长度以及基阶波的采集质量，直接关系到多道瞬态面波勘察工作的成败。没有好的第一于

18、外业采集记录，后期的任何软件处理，都是没有用的。32 6 数据资料处理6.1 资料处理的主要内容(略)6.2 数据资料处理6.2.1 规程中对合格记录中的坏道，应予以处理，是指先将坏道充苓，然后利用其相邻的左右道内插生成新道，参与计算06.2.2 本条是对面波频散曲线的提取做出规定。6.2.3频散曲线反映了地层面波速度随深度的变化情况，可根据波速划分地层，但应注意:1 频散曲线上纵坐标在物理意义上是波长，波长与勘探深度的对应关系和地质体的物理力学指标有关，较为复杂。因此，在有条件的工区要与己知钻孔资料对比，做深度校正;2频散曲线上某深度的面揽速度是地面到该深度的平均速度，不是该深度的地层速度，

19、地层速度应根据以下公式计算。1)当地层的平均速度随深度增加而增大时，应用公式(1) 计算层速度。式中HnVRn - Hn-l VR(n- 1) Hn - Hn_l Hn一一第n点深度(m); Hn-l一第n-1点深度(m); VRn一一第n点深度以上的平均面波速度(mls); VRn = 、B.，11 /，E飞、石R(n-l)一一第n-1点深度以上的平均面波速度(mls); VRn一-Hn-Hn-l深度间隔的层速度(mls)。2)当地层平均速度随深度增加而减小时，应按公式(2)计算层速度。33 VRn = Hn - Hn_l Hn Hn-l (2) V Rn VR(n-l) 3)当不考虑地层平

20、均速度随深度变化趋势时，可用公式(3)计算层速度。L=4 一nn- Hn - Hn-I 当软件有自动反演功能时，可确定层厚后由软件自动反演层速度。6.3 面波资料的分析论证6.3.1 本条是应用面波频散数据反演结果进行地质解释的规定。面波的传播与地震勘探中反射波的传播路径相比，后者在排列下有明确的反射点位置，而前者不是射线的位置概念。面波的传播，不像反射波那样，以射线的路径来确定反射点的位置;而是不同组份的面波群以其各自的波长传播，表征一定深度范围内的平均响应。采集一个排列获得的频散曲线:对于水平层状结构介质，视为该排列长度内竖直方向地层的平均响应;对于倾斜地层结构，视为该排列长度内排列中点至界面法线深度方向地层的平均响应。6.3.2 -6.3.4这三条是对面波速度映像图的制作原则做出具体规定。6.3.5本条列出了地基动弹性模量与动剪切模量的基本计算公式。目前，许多单位在不同地区做了面波波速与标贯值的对比试验，建立了本地区实用的经验公式，本规程暂不纳入。在进行此类工作时，在有条件的情况下，应该在勘察现场进行波速测井和标贯试验，以便建立本场地的面波速度与标贯值的对应关系式;但如果条件不具备，也可借用邻近区域相近地质条件下的经验公式。34 7 成果报告编写(略)35 统-I号:1511211684 定价:6.00元