工程物探方法技术研究ppt课件

1、工程物探方法技术研讨工程物探方法技术研讨王运生王运生 郑州大学水利与环境学院郑州大学水利与环境学院主要研讨内容主要研讨内容 面波勘探 工程CT、声波解释 地震成像、雷达成像 地震折射、电法解释 虚拟仪器和人工智能技术 隧道超前预告、桥梁检测工程物探开展概略工程物探开展概略 地球物理学是运用物理学方法研讨地球环境的科学。地球物理学是运用物理学方法研讨地球环境的科学。地球物理勘探简称物探是地球物理学研讨的主要地球物理勘探简称物探是地球物理学研讨的主要内容之一。内容之一。 运用地球物理手段来处理工程与环境中的地质及其相运用地球物理手段来处理工程与环境中的地质及其相关问题，是近几年来地球物理学开展的一

2、个新的前沿关问题，是近几年来地球物理学开展的一个新的前沿领域，称之为工程物探。领域，称之为工程物探。 8080年代以来，随着我国的大规模经济建立和国土整治年代以来，随着我国的大规模经济建立和国土整治的迫切需求，工程物探得到了迅速开展。工程物探作的迫切需求，工程物探得到了迅速开展。工程物探作为一种重要的测试和监测手段，同时也得到了工程界为一种重要的测试和监测手段，同时也得到了工程界的普遍关注。的普遍关注。 物探方法具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等物探方法具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点。并且能对场地进展延续勘探，所生成剖面图像优点。并且能对场地进展延续勘探，所生成剖面图像非常直观

3、，能更好的了解和掌握地质构造分布情况。非常直观，能更好的了解和掌握地质构造分布情况。瞬态面波勘探瞬态面波勘探 瞬态面波法广泛运用在软土地基加固效果评价、加固地基承载力的检测，以及碎石桩、粉喷桩质量检测等方面。 其根本原理是在地面上产生一瞬时冲击力，由此产生一定频率范围内的瑞雷波面波。利用面波分析处置软件，可以计算出不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频散曲线。 频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联络。经过对频散曲线进展解释，可获得地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的面波速度，据此可以很容易计算出横波速度，进而对地基质量进展评价。面波性质、特点面波性质、特点与体波相比面波能量

4、衰减很慢，在传播时具有较大能量面波性质、特点面波性质、特点不同波长的面波具有不同的穿透深度。因此在地表所测得的面波速度被以为是某一深度内的平均速度。SourceShort wave lengthLong wave length测试方法原理测试方法原理频散曲线计算方法频散曲线计算方法 相位差法：利用相位差法：利用FFTFFT算法计算两个测点信号的算法计算两个测点信号的相位差相位差=2n+=2n+；0022，然后用公式然后用公式VR(f)=2fVR(f)=2fx/x/求解频散曲求解频散曲线。线。 F-KF-K法：利用二维法：利用二维FFTFFT算法对多通道地震信号算法对多通道地震信号变换分析，得到

5、一条变换分析，得到一条f-kf-k曲线，然而根据公式曲线，然而根据公式(k=f/VR)(k=f/VR)，可得到频散曲线。，可得到频散曲线。 F-VF-V法：计算面波信号法：计算面波信号“F-VF-V速度谱速度谱, ,然后据然后据此求取频散曲线。具有精度高和适用性强等此求取频散曲线。具有精度高和适用性强等优点，可运用两通道或者多通道仪器采集信优点，可运用两通道或者多通道仪器采集信号。号。 “F-V法根本原理 用FFT求某一频率fk相关曲线t-Rk。 根据检波距由t-Rk变换求得v-Rk 不同检波距Rk曲线相加得V-Rk曲线。 根据V-Rk曲线最大值，求面波速度 VR 。 根据不同频率VR 即可求

6、得频散曲线f-VR。)()()(| )()()()()()()(cos)(cos)()(cos)/(cos)(2111221121121212211111kfftfWfYfYFRfYfYFdtytyRtttAVxxtAtyttAVxtAtyk“F-V法运用实例法运用实例 面波法对地基进展分层及强度划分“F-V法运用实例法运用实例2 地基夯实效果评价 地质剖面分层及强度评价声波透射法检测原理声波透射法检测原理 测试方法简单 用平均波速进展分析 有时会漏测严重缺陷 不能有效检测较小缺陷 无法确定缺陷详细位置超声资料解释成果图超声资料解释成果图主要运用：砼、岩石弹模测试及其强度评价测试方式：孔中及孔

7、间丈量弹性波弹性波CT 来源于医学CT (Computerized Tomography )。 运用于工程检测与地球物理勘探并获得胜利，由于具有很高的成像精度，因此CT技术遭到越来越多专家和用户的青睐。 开展有弹性波CT、电磁波CT和电阻率CT等。其中弹性波CT运用最为广泛。 根据激发方式和信号频率，弹性波CT又可分为地震波CT和超声波CT。 根据输入参数和剖面成果，弹性波CT又可分为走时波速CT和频谱吸收系数CT。弹性波弹性波CT成像原理成像原理 用扇形接纳方式 需解算大型方程组 对软件设计要求高 图像显示直观明了 有效检测各种缺陷BAXtSlVSjjNjijjj得方程令1/1防防渗渗墙、墙

8、、砼砼质质量量检检测测某隧道工程需求经过二叠系灰岩地域，为了查明其裂隙发育分布情况，采用地震波CT技术对下部介质进展波速成像，成像剖面为86m280m。从成果图中可以明显看出，岩体裂隙呈条带状分布与地层产状一致，同时部分有小溶洞发育，与地质钻探验证资料非常吻合。 地地质质构构造造岩岩溶溶探探测测电磁波电磁波CT主要运用：煤田地质构造和灰岩地域溶洞探测成像方法：坑透CT、孔间CT浅层地震成像浅层地震成像 浅层地震反射波法是水、工、环物探方法中最重要最常用的方法之一。 弹性波CT需求钻孔配合，才干完成数据采集任务。地震成像直接在地表进展测试，因此具有更重要的实践意义。 然而，长期以来浅层地震根本上

9、都是照搬石油地震中的方法技术以及实际根底，运用效果遭到限制。 综合运用地震勘探、信号分析、概率统计等技术，对浅层地震反射与散射信号进展结合成像研讨，实现快速高精度直接成像，具有重要的学术价值和实践意义。 信号反射与散射表示图信号反射与散射表示图同光线一样，地震波遇到弹性分界面时会发生波的反射和透射。地震反射波法勘探通常所利用的就是界面上的反射信号。 弹性波在传播过程中，当遇到地层尖断点或者异常体尺寸小于菲涅尔半径时，就会像光学中的衍射一样，这些介质性质突变点将产生波的散射。地震成像原理 首先提取出共反射点和共散射点记录。 然后把记录上的反射信号和散射信号同时聚焦到它们的空间位置上。外业任务和实

10、测记录地震成像运用实例地震成像运用实例 目的：查明岩溶的分布范围和发育规模 地震成像运用实例地震成像运用实例2地质构造勘探地质雷达成像地质雷达成像 地质雷达是一种高分辨率探测技术，可以对浅层地质问题进展详细填图。在工程地质勘探、地质灾祸调查和公路工程质量检测等领域得到了广泛运用。 对于土质场地而言，由于其对电磁波的吸收作用很强，探测深度遭到一定的限制。 运用地质雷达成像技术，可以更准确的提取雷达成像速度，提高对雷达剖面的时深转换精度。同时可以有效地消除异常体所产生双曲线景象，恢复其本来面目。 地质雷达成像原理与浅层地震成像非常类似，在此不再多述。雷达成像运用实例雷达成像运用实例实测信号来源：S

11、IR_Examples雷达成像运用实例雷达成像运用实例2a.隧道顶部岩层厚度探测(h=tV/2)b.隧道掌子面前方地质情况预告地震折射波法地震折射波法主要运用：基岩面深度探测、地层划分解释方法：延迟时(t0)法、时间场法和波路拟合法电测深曲线拟合解释电测深曲线拟合解释运用:地层划分含水层探测特点:设备简单本钱底测试方便效率高要求地层界面较平缓高密度目的相关成像原理高密度目的相关成像原理当扫描点位离空洞很远时，相关系数近似为零。随着扫描点位到空洞间隔的减少，相关系数逐渐增大。当扫描点位与空洞位置完全重合时，相关系数为1。目的相关成像运用实例目的相关成像运用实例知测试剖面内有一与之相垂直的程度圆柱

12、状空洞，中心位置埋深3.5m，洞径0.3m。用目的相关算法对所测资料进展解释，图中高阻异常体位置与实践情况相一致。虚拟仪器和人工智能技术虚拟仪器和人工智能技术 美国NI公司最早提出了“软件就是仪器的概念，并在这一领域一直坚持着技术领先。基于计算机声卡的虚拟仪器具有本钱低、携带方便、操作简单等优点，获得了较好的运用效果。 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上开展起来的一种工业控制技术。是用于现场仪表设备与控制主机之间的一种开放的通讯系统。 人工神经网络是模拟人脑构造和功能的一种信息处置系统，它是由大量的，同时也是很简单的神经元有序地相互衔接而构成的非线性动力学系统，具有逼近恣意延续函数和非

13、线性映射的才干。计算机虚拟仪器设计计算机虚拟仪器设计(基于声卡基于声卡).仪器仪器=便携式工业计算机便携式工业计算机+声卡声卡+软件软件(信号信号声卡声卡(MIC/LineA/D) 运用软件运用软件).仪器仪器=笔计本电脑笔计本电脑+软件软件 .仪器仪器=PDA+软件软件轻便、智能LB-6孔中弹模仪孔中弹模仪 探头部分采用3个千斤顶推进刚性承压板对钻孔壁岩体施加应力，运用高精度传感器丈量不同载荷条件下的应力和径向变形量。 根据实测应力和变形量，运用软件将采集到的数据及时直观的表现出来，同时计算得到岩石弹性模量。外业任务与测试成果现场总线和无线传输CORE模块38Kbps,1.5km45mA3.

14、3V110个节点1Mbps,40m5Kbps,10Km新技术运用研讨人工神经网络任务原理图人工神经网络任务原理图 首先对知的典型样本进展反复学习 然后利用学习的结果去识别未知客体PFWD原理与测试方法导杆质量块荷载传感器缓冲垫刚性圆盘笔记本电脑位移传感器 利用沿导杆自在下落重块，经过刚性圆盘对地基或者土石填料施加冲击荷载。 根据荷载应力和根底变形位移，可求解动弹性模量。PFWD信号人工智能反演 信号分析与特征值提取 运用人工智能技术，反演地基和堆石坝密度、含水量及压实度，评价质量。桩基锚杆智能检测桩基锚杆智能检测 信号检测 特征值提取 人工智能反演隧道地震超前预告隧道地震超前预告 目前隧道地质

15、超前预告以地震探测方法为主，同时结合工程地质调查、地质雷达探测和高密度电法等。 由于观测条件的限制以及岩体内不同方向的反射及散射，从观测方式和处置方法等方面进展研讨，构成了几种不同的技术。 反射地震包括负视速度法、HSP、TSP、TRT方法等，各种方法都有其开展历程和运用条件，需求分析选用，并不断改良。负视速度法任务原理负视速度法任务原理 该方法的观测是在隧道侧壁打孔布置检波器和炮点，检波器和炮点在一条平行隧道轴的直线上，利用直达波估计岩体波速，利用反射波走时曲线与直达波走时曲线的交点推测前方反射界面的位置。叠前偏移散射波成像研讨桥梁检测与平安评价桥梁检测与平安评价 随着桥梁高计的新颖和大跨径的方向开展，桥梁的检测实验技术也需求更新开展。 目前，确定现有公路桥梁的实践运用情况和实践承载力显得更为迫切。 借助于现代检测手段的无损检测技术，代表了桥梁检测技术的最新开展方向。 研讨内容和技术线路研讨内容和技术线路 桥梁构造静载实验、桥梁构造动载实验构