第篇地震折射波法学习教案

1、会计学1第篇地震第篇地震(dzhn)折射波法折射波法第一页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院 应特别指出的是，必须保证相遇时距曲线互应特别指出的是，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。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，而不搞组合波器作为一道接收，而不搞组合(zh)检波，其主检波，其主要原因就是它不需要考虑压制面波干扰问题，因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，即是最先为目前所考虑的折射波仅仅只是首波，即是最先到达的波

2、。首波中包含了直达波和折射波。在采到达的波。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。不漏掉浅层薄层信息，道距的选择是十分重要的。一般一般第1页/共44页第二页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院有等间距和不等间距两种方式。在不等间距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。

3、一大一小方式，也可把它设计成小一大方式。道距的选择一般为道距的选择一般为110m，可按勘探目的层，可按勘探目的层深度、地层深度、地层(dcng)展布、仪器道数以及激发展布、仪器道数以及激发能量等情况而定。能量等情况而定。第2页/共44页第三页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院5.2.2.2 单支时距曲线的解释单支时距曲线的解释 223211313312211211212211cos2cos2)/(12/cos2/VizVizVxTvVVzVxVizVxTVxT 22322123113)/(12)/(12/VVVzVVVzVx （1.5.3） 上式中上式中1V、2V和和3V可由各自的

4、时距曲线的斜率求出可由各自的时距曲线的斜率求出。 第3页/共44页第四页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院故故有有 221111)/(12VVVZ 23221231122)/(1)/(1221VVVVVVZZ （1.5.5） 5.2.2.3 相相遇遇时时距距曲曲线线的的0t法法 该该方方法法又又称称0t差差数数时时距距曲曲线线法法 第4页/共44页第五页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院6 地震透射波法地震透射波法 在工程地震勘探中，透射波法主要用于在工程地震勘探中，透射波法主要用于地震测井（地面与井之间的透射）、地面地震测井（地面与井之间的透射）、地面与地面之间凸起介

5、质体的勘查和井与井之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。但从原理采用的方法手段也不同。但从原理(yunl)上讲，均是采用透射波理论，利用波传播上讲，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、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质以及地震工程等提供基础资料或直接解决其问题。决其问题。第5页/共44页第六页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院6.1 地面地面(dmi

6、n)与井的透射与井的透射 井口附近激发，井中不同深度上接收井口附近激发，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。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透射波垂直时距曲线 第6页/共44页第七页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院透射波时距曲线方程为透射波时距曲线方程为 2111VzzVzt 从两层介质很容易推广到从两层介质很容易推广到n层介质，对应的层介质，对应的透射波垂直时距曲线方程为为 nnVzzVzzVzzVzt132321211 nniiiniVzzVzzVz1121311 （1.6.1） 第7页/共44页第八页，共44页。成都理工大

7、学信息(xnx)工程学院图1.6.1 地震(dzhn)测井第8页/共44页第九页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院图图 1.6.1 为多层介质的透射波垂直时距曲线图。为多层介质的透射波垂直时距曲线图。由由图可知，图可知，利用垂直时距曲线的折点，可以确定相应利用垂直时距曲线的折点，可以确定相应地层的厚度，地层的厚度，根据根据折线各段的斜率，能求出各层的折线各段的斜率，能求出各层的层速度层速度thVi， 进一步就得到地震波在， 进一步就得到地震波在不同深度不同深度 H以上的地层平均速度以上的地层平均速度mV。 第9页/共44页第十页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院6.1.

8、3 资料资料(zlio)的处理解释的处理解释1初至拾取及井源距校正初至拾取及井源距校正1）初至拾取）初至拾取2）井源距校正）井源距校正 第10页/共44页第十一页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院2速速度度计计算算及及成成图图 1）层层速速度度计计算算 先先根根据据垂垂直直时时距距曲曲线线上上， 观观测测点点的的分分布布规规律律按按折折线线段段分分层层，折折点点与与分分界界面面位位置置相相对对应应，各各段段直直线线的的斜斜率率倒倒数数就就是是对对应应层层的的层层速速度度iV，即即 11iiiiiiittHHtHV （1.6.4） 第11页/共44页第十二页，共44页。成都理工大学信

9、息(xnx)工程学院2）平均速度计算平均速度计算 由垂直时距曲线上的由垂直时距曲线上的t和对应的和对应的H，根据公式，根据公式 thHVcm （1.6.5） 第12页/共44页第十三页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院6.2.1 跨孔法跨孔法 跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、横波的传播速度、弹性模量横波的传播速度、弹性模量(tn xn m lin)及衰减系数等，这些参数可用于岩及衰减系数等，这些参数可用于岩体质量的评价。体质量的评价。2透射透射CT成像技术（专题）成像技术（专题） 第13页/共44页第十四页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工

10、程学院7 瑞雷波法瑞雷波法 瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波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频率的变化关系，从而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度土的瑞雷波速度(sd)随场点坐标的变化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关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的地震工程等问题。地震工程等问题。 第14页/共44页第十五页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院 和已有的浅层折射波法和反射波法相比，瑞雷和已

11、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波法和反射波法对于波阻抗差异较小的地质(dzh)体界面反映较弱，不易分辨，尤其是折射波法要求体界面反映较弱，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。横向分辨率又高

12、于前两者。第15页/共44页第十六页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院7.1 勘勘探探原原理理 瑞瑞雷雷波波沿沿地地面面表表层层传传播播，表表层层的的厚厚度度约约为为一一个个波波长长，因因此此，同同一一波波长长的的瑞瑞雷雷波波的的传传播播特特性性反反映映了了地地质质条条件件在在水水平平方方向向的的变变化化情情况况，不不同同波波长长的的瑞瑞雷雷波波的的传传播播特特性性反反映映着着不不同同深深度度的的地地质质情情况况。 iiRiiRixfVtxV/2/ （1.7.1） 第16页/共44页第十七页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院（fVR曲线（曲线（=VR/f）RRV曲线曲线

13、(H=R)VRH 曲线）曲线） 7.2.2 瞬态法瞬态法 瑞雷波的传播速度为：瑞雷波的传播速度为： txVR/ （1.7.7） 第17页/共44页第十八页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院)(cos)(111RVxtAtu （1.7.8） )(cos)(222RVxtAtu （1.7.9） 两个记录在何时最相似两个记录在何时最相似 )()(1)(211nunuNRNn （1.7.11） 此时速度计算公式为：此时速度计算公式为： 012/ )(xxVR （1.7.12） 第18页/共44页第十九页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院dttutur)()()(1221 （1.

14、7.16） 对求出的互相关函数做对求出的互相关函数做 Fourier 变换：变换： )(21)(12*1222121| )(| )(|)(|)()()(12fiifiefRefufufufuderfR （1.7.17） 第19页/共44页第二十页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院对于对于一般岩一般岩石石泊松比泊松比25. 0左右，穿透深度约为左右，穿透深度约为0.65R。对于对于土体土体而言，泊松比而言，泊松比45. 04 . 0，则穿，则穿透深度透深度RH)84. 079. 0(。实际应用中，对于实际应用中，对于淤泥质淤泥质软塑土层，穿透深度可取软塑土层，穿透深度可取R85. 0

15、。 第20页/共44页第二十一页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院8 桩基无损检测桩基无损检测（不涉及以动力机器设计为目的的桩基动（不涉及以动力机器设计为目的的桩基动力试验）力试验）8.1 桩基的类型和质量问题桩基的类型和质量问题(wnt) 目前采用的桩基主要有钻孔灌注桩、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、旋喷成管灌注桩、挖孔桩、打入预制桩、旋喷桩桩 桩基质量检测包括两方面的内容：桩基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。质量评价和桩基的承载力确定。第21页/共44页第二十二页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院8.2

16、 锤击法锤击法 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的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桩基相当于一根在阻尼介质中上端(shn dun)自由而下端弹性连结的弹性杆。当在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桩顶或桩侧施加瞬间外力F时，桩体内相邻时，桩体内相邻质点间的应力发生变化，引起应变的传递，质点间的应力发生变化，引起应变的传递，产生弹性波。产生弹性波。 可定量确定出桩体的质量以及估算出承可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力的大小。载力的大小。 第22页/共44页第二十三页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院8.2.1 方法原理方法原理1

17、桩体缺陷检测桩体缺陷检测 在桩顶部竖直在桩顶部竖直(sh zh)向下施加一向下施加一瞬间力瞬间力F，并在震源点附近接收时，其断，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裂面和桩底面上将产生反射和透射的P波。波。由于为近法线入射，转换横波可不考虑。由于为近法线入射，转换横波可不考虑。 第23页/共44页第二十四页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院tLVP/2 （1.8.2） tVLP21 （1.8.5） 对于一完整摩擦桩，其桩底反射的相位与入射对于一完整摩擦桩，其桩底反射的相位与入射波或激振信号的相位是相反的。波或激振信号的相位是相反的。 1）摩擦桩）摩擦桩 在计算

18、承载力时， 采用较大的力锤击桩边土 （自在计算承载力时， 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由落锤） ，迫使桩土体系共同振动 第24页/共44页第二十五页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院gwmgwfn因2)2( (1.8.8) gwfPnK2)2( （1.8.9） 22210131)16(93131rLArLrWrALWzz （1.8.10） 第25页/共44页第二十六页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院其其 中中 ，zr为为 桩桩 周周 土土 扩扩 散散 半半 径径 ， 计计 算算 公公 式式 为为 ：0;23221LdtgLrz为为桩桩全

19、全长长；L 为为桩桩实实际际入入土土长长度度；A为为桩桩身身截截面面面面积积；1r为为混混凝凝土土容容重重，一一般般取取 2.4t/m3；2r为为桩桩周周土土容容重重加加权权平平均均值值；为为内内摩摩擦擦角角加加权权平平均均值值；d为为桩桩身身直直径径。此此外外，W2还还可可采采用用下下式式计计算算，22rALWt，其其中中tL为为桩桩折折算算长长度度（m） ，当当m10L时时，m8 .1tL；当当 10mL4120 250 良 好 3300-4120 200-250 一 般 2750-3300 100-150 较 差 1920-2750 100 劣 质 1920 100 第27页/共44页第

20、二十八页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院有关桩体质量的综合评价有关桩体质量的综合评价(pngji)分类标准分类标准如下：如下：A类：结构完整，混凝土质量优良。类：结构完整，混凝土质量优良。B类：结构完整，桩径有变化或混凝土质类：结构完整，桩径有变化或混凝土质量基本正常。量基本正常。C类：局部断裂或混凝土有严重离析层或类：局部断裂或混凝土有严重离析层或混凝土质量较差。混凝土质量较差。D类：结构破坏，混凝土质量极差。类：结构破坏，混凝土质量极差。第28页/共44页第二十九页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院8.3 机机械械阻阻抗抗法法 8.3.1 方方法法原原理理 该该方

21、方法法又又称称为为稳稳态态正正弦弦扫扫频频激激振振法法。即即对对桩桩顶顶施施加加幅幅值值不不变变的的变变频频激激振振力力，利利用用速速度度导导纳纳随随激激振振频频率率变变化化的的特特征征来来检检测测桩桩基基质质量量并并计计算算承承载载力力。 当当在在桩桩顶顶施施加加一一激激振振力力)(tf，其其频频谱谱为为)( fF，则则桩桩体体内内产产生生应应力力波波并并向向下下传传播播，遇遇不不均均匀匀界界面面形形成成反反射射回回到到桩桩顶顶，此此时时，利利用用检检波波器器在在桩桩顶顶上上可可接接收收到到其其振振动动信信号号)(tV，其其频频谱谱)( fV，则则速度导纳定义为为： )()()(fFfVfZ

22、 （1.8.12） 第29页/共44页第三十页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院应应用用时时，可可根根据据已已知知桩桩长长和和测测得得的的f计计算算CV。正正常常情情况况下下，砼砼的的波波速速3600CV 4500m/s，若若CV小小于于此此范范围围，说说明明砼砼的的质质量量较较差差。另另外外，也也可可利利用用f和和正正常常砼砼波波速速 VC值值反反算算桩桩长长 Lm，质质量量好好的的桩桩 L=Lm；若若 LmL，则则反反映映了了在在深深度度 Lm处处有有质质量量问问题题。 2特特征征导导纳纳 所所谓谓特特征征导导纳纳是是指指导导纳纳频频谱谱曲曲线线上上振振幅幅的的几几何何平平均均

23、值值，实测特征导纳 第30页/共44页第三十一页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院理论上的特征导纳理论上的特征导纳有有 cccAVN1 （1.8.15） 若若NNm，为正常桩；，为正常桩；NNm，说明，说明c、cV或或 AC变变小。小。c、cV变小反映砼质量差，变小反映砼质量差，AC变小反映有缩径；变小反映有缩径；若若 Nm随频率增高而变小，表示桩径上大下小，一般随频率增高而变小，表示桩径上大下小，一般为缩颈桩。为缩颈桩。 第31页/共44页第三十二页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院MMDFVfK2 （1.8.16） 第32页/共44页第三十三页，共44页。成都理工大

24、学信息(xnx)工程学院9 、 地震小区划中的物探方法地震小区划中的物探方法 在区域在区域(qy)地壳稳定性评价的基础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、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，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，简称地震小这种分区称为地震小区划分，简称地震小区划。区划。 地震效应的详细分区，即依据强震时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

25、与层状结构有关的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。地面波谱特征的关系进行分区。 第33页/共44页第三十四页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院 地震小区划工作的定量方法有多种，与应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、地震刚度均剪切模量法、地震刚度(n d)法、常时微法、常时微动法和一维反应分析法。动法和一维反应分析法。9.1 地震刚度地震刚度(n d)法法 “地震刚度地震刚度(n d)”是地震时抵抗岩石内是地震时抵抗岩石内形变传播的特征指标。在某种意义上，形变

26、传播的特征指标。在某种意义上，“刚度刚度(n d)”可解释为抵抗可解释为抵抗“松散松散”。 第34页/共44页第三十五页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院 地震刚度愈大的岩石，则地震震级增量较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，其震级增岩作为标准，地震刚度不同的岩土，其震级增量差可达量差可达13级（表级（表1.9.1）。）。 地震刚度地震刚度r用弹性用弹性(tnxng)波传播速度波传播速度V与

27、与岩土密度岩土密度的乘积表示，即。的乘积表示，即。 第35页/共44页第三十六页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院岩 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 、泥灰岩、泥板岩 0.7-1.0 、大块碎石类 碎石及砾石 0.9-1.3 砾石 1.0-1.5 、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 、粘土类 粘土 亚粘土 亚砂土 亚粘土和砂土 、含水岩层 砾石和卵石 砂类土 粘性土(亚砂土、亚粘土) 、填土和土壤 填土

28、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(dzhn zhnj)增量第36页/共44页第三十七页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院计算相对于标准土层的计算相对于标准土层的烈度增量烈度增量CI 设研究区的土层平均设研究区的土层平均地震刚度值地震刚度值为为nnV，标准地段的，标准地段的平均地震刚度值平均地震刚度值为为00V， 则则 00lg67. 1VVInnC （1.9.1） 最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得的最好使用横波速度。在潜水

29、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纵波值应换算成不含水的地层所具有的数值。 第37页/共44页第三十八页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院 2计算计算潜水水位引起的潜水水位引起的烈度增量烈度增量BI BI由潜水水位深度由潜水水位深度 h 来确定，即来确定，即 204. 0mBheI （1.9.2） 如果地下含水层在细砾层中，系数可采用如果地下含水层在细砾层中，系数可采用 0.50.9。 3地震烈度全增量地震烈度全增量I BCIII （1.9.3） 第38页/共44页第三十九页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院与此同时，它还可用下式计算与此同时，它还可用下式计算 20002lg8 . 0fVfVInnn （1.9.4） 第39页/共44页第四十页，共44页。成都理工大学信息(xnx)工程学院9.2 常时微动法常时微动法 地球表层任何地点、任何建筑物的地球表层任何地点、任何建筑物的地基，都在以微小的振幅不停地振动着，地基，都在以微小的振幅不停地振动着，其振幅通常其振