工程与环境-思考题

引言什么是工程与环境地球物理？答：工程与环境地球物理，是应用地球物理的一个重要分支，是利用介质的物性差异来实现对工程与环境领域，目标体的探测、检测和监测。根据场的不同，应用地球物理分为哪几类？答：根据所研究的地球物理场的不同，通常课分为以下几类：①以地下介质的密度差异为基础，研究重力场变化规律的方法称为重力勘探。②以地下介质的磁性差异为基础，研究地磁场变化规律的方法称为磁法勘探。③以地下介质的电性差异为基础，研究天然或人工电场或电磁场变化规律的方法称为电法勘探。④以地下介质的放射性差异为基础，研究辐射场变化规律的方法称为放射性勘探。⑤以地下介质的导热性和地下热能分布为基础，研究地温场变化规律的方法称为地热测量法。工程与环境地球物理可解决哪些问题？（建滑环考水电，弹断大覆灌）答：工程与环境地球物理可以解决一下问题：（1）建筑物及地基的常时微动观测；（2）滑坡、陷落住、洞穴等的探测以及各类路基、水坝等的病害探测；（3）环境污染的探测与监测及相关地质灾害的监测；（4）考古探测及文物的保护与评价；（5）地下水资源的勘查与评价；（6）地下电缆、管道分布的探测及检查其相关腐蚀、渗漏等情况；（7）岩石弹性参数的测定及岩体的波速分类和稳定性评价；（8）断层、裂隙破碎带及地下溶洞等地质体空间分布的探测；（9）大型建筑地基场地岩土分层和评价；（10）覆盖层、风化带的厚度及基岩面起伏形态的测定；（11）灌浆质量和混凝土工程质量的检测评价与工程质量监测。工程与环境地球物理有哪些特点？答：①应用领域不断扩大，探测目标越来越多②方法技术不断发展，探测质量不断提高③方法要求具有灵活性和抗干扰性④探测质量要求高⑤探测分辨率要求高⑥实时探测和信息多样化理解不同地球物理方法在解决工程与环境问题时的适用性。（见书P5表1-1）工程与环境地球物理的发展趋势有哪些？答：①科学化的发展趋势；②国际化、集团化的发展趋势；③要求探测精度逐步提高，对传统方法进行更新或提出新方法以满足实际；④认为其简单、深度浅、容易取得较好效果的传统思维逐步改变。测震类方法1、什么是纵波、横波？纵横波的速度和哪些因素有关？答：纵波：由胀缩力作用，使弹性介质发生体积形变而引起的振动称为纵波，又称P波。其速度与体积模量K，剪切模量μ和波传播的介质的密度p有关。横波：由旋转力作用，是弹性介质发生形状形变而引起的振动称为横波，又称S波或者切变波。其速度与剪切模量μ和波传播的介质的密度p有关。面波有哪些类型？（斯通利波在地表观测不到）答：面波有两类，一类是瑞雷面波，一类是勒夫面波。瑞雷面波：是一种沿大气与介质接触的自由表面传播的面波。勒夫面波：是一种沿两种弹性介质之间传播的面波。什么是波前、波后？答：如图所示：设已知某一时刻t0波源开始振动，一段时间之后的某一时刻t0’波源停止振动，又过一段时间之后的某一时刻t1波传播了一段距离。此时介质被分成三个区域。波前：V1和V2的分界面S上，各质点刚刚开始振动，这一曲面就叫“波在t1时刻的波前”。波后：V0和V1的分界面S’上，各质点刚刚停止振动，这一曲面就叫“波在t1时刻的波后”。什么是惠更斯原理？费尔原理？斯奈尔（Snell）定律？答：①惠更斯原理：在弹性介质中，可以把已知t时刻同一波前面上各点看作是从该时刻产生子波的新点震源。再经过Δt时间后，这些子波的包络面就是原波在t+Δt时刻的新波前。②费尔原理：地震波沿射线传播的旅行时和沿其他任何路径传播的旅行时相比最小。既波是沿旅行时最小的路径传播的。③斯奈尔定律：如图所示，地震波在分层介质中传播时遵循如下式子：其中P是射线参量。此式子表示的是入射、反射、投射之间的关系，其就是斯奈尔定律。5、常见介质的速度？折射波数据解释中的截距时间法原理（ITM）？答：如图所示设O1、O2为两激发点，于是得到两条相遇时距曲线S1、S2。延长S1、S2交t轴于t01、t02.（1）由折射波时距方程的截距形式知（2）从而可得（3）分别以O1、O2为圆心，以h1、h2为半径作圆（4）作两圆的公切线便可得到所求的折射界面。折射波数据解释中的t0差数法原理。答：如图所示设O1、O2为两激发点，于是得到两条相遇时距曲线S1、S2。取排列上任意一点D，则在相遇时距曲线上得到旅行时t1、t2.（1）互换时设（2）ΔDBC可近似看成等腰三角形。过D作BC的垂直平分线交BC于M，DM=h，则有：（3）由上面可得：故D点到折射界面的法线深度，只要求出K、to就可知道h。面波勘探简述瑞雷勘探的基本原理？答：根据瑞雷波的频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分的瑞雷波。找出瑞雷波速V与频率f的关系，从而确定地表岩土的瑞雷波速V随场点位置坐标的变化，最终解决浅层工程地质和地基岩土的地震工程等问题。2、瑞雷波和拉夫波有何特点？答：瑞雷波特点：瑞雷波传播时，在垂直于界面的入射面内，各质点在其平衡位置附近的运动，既有平行于波传播方向的分量又有垂直于波传播方向的分量。既质点的合成运动轨迹呈逆椭圆型。勒夫波特点：勒夫波传播时，在垂直于界面的入射面内，各质点在其平衡位置附近的运动，只有垂直于波传播方向的分量。且平行于界面。3、瑞雷达勘探可以解决哪些浅层地质问题？（公场基层下其饱岩）答：①公路、机场跑道的质量无损检测；②场地类型划分；③地基加固处理的效果评价；④地层划分；⑤地下空洞及掩埋物的探测；⑥其他方面的应用；⑦饱和砂土层的液化判别；⑧岩土物理力学参数的原位测试。面波勘探中的稳态法和瞬态法？答：稳态法：在资料采集中，使用一套幅值和频率可控的非炸药震源激发，通过改变震源的频率来调节探测深度。记录仪器为数字地震仪。在陆地上采用垂直速度检波器接收。前期处理：滤波或圆滑。瞬态发：在资料采集中，使用重锤或炸药震源激发。记录仪器为数字地震仪。在陆地上采用垂直速度检波器接收，并根据波场的频散特性求取VR速度分布场。前期处理：滤波和频谱（相关谱）分析。瑞雷波的穿透深度和泊松比的关系怎样？答：由右侧表格可知在波长不变的情况下，泊松比越大穿透深度越大。6、层状介质中频散曲线特征？答：曲线在“整体上”大致呈单调变化，即相速度随波长的增加（+）而增加（+），随频率的增加（+）而减小（-）。同时存在“局部”变化，这些“局部”变化往往包含丰富的层位信息。影响频散曲线的因素有哪些？答：①震源的激震频率②检波器的频率特性③记录系统的频率特性④时间采样率⑤空间采样率⑥多道接收时道一致性⑦非勘探目标物体多道面波分析技术（MASW）有哪些优点？答：①构建了一个二维横波速度场②震源具有便携、可重复使用的性质，并可产生有效能量为宽频带的瑞雷波。③观测系统与CDP方法类似，为一次勘探中同时利用体波反射和面波信息提供了基础。④利用广义线性迭代反演方法，结合最少的假设求得的一维近地表横波速度剖面。算法稳定、灵活。⑤用来提取、分析一维瑞雷波频散曲线的处理程序稳定、灵活、好用、准确。电阻率法什么是直流电阻率剖面法和测深法？答：电阻率剖面法：是用以研究地电断面横向电性变化的一类方法。电阻率测深法：是用以研究地表某点下方垂向电性变化的一种方法。什么是联合剖面法？答：如图装置系数：特点：什么是对称剖面法？答：如图装置系数：特点：什么是中间梯度法？答：如图装置系数：特点：水平二层电测率曲线有哪些类型？答：如图，有两种类型：①G型曲线：特殊的，当无穷大时，电测深曲线尾枝与横轴成45°上升的渐进。②D型曲线：水平地面点电流源的电场？答：①一个点电流源的电场，如图：②两个异性点电流源的电场，如图：高密度什么是高密度电阻率法？答：是将点剖面法和电测深法结合起来的一种阵列电阻率探测方法。野外测量时只需将全部电极置于测点上，利用程控电极转换开关和电测仪便可实现数据的采集。高密度电阻率法有何特点？（电能对野高）答：①电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础；②能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，可以获得较为丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。③对探测结果进行预处理并显示剖面曲线形态，结果直观；④野外数据采集实现了自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作所带来的错误；⑤高密度电法成本低、效率高，信息丰富，解释方便，探测能力显著提高。集中式和分布式高密度电阻率有何不同？答：集中式：①电极开关集中在一个箱子中，仪器故障少②制作工艺简单，交货快，价格相对便宜③维护容易、经久耐用④可获得高质量的电阻率数据⑤可以做激发极化测量分布式：①电极开关分布在每个电极上②电缆芯数少、电缆细③抗干扰能力强，信噪比高④特别适合于同时做电阻率和激发极化测量高密度电阻率测量中，常用的10种装置是什么？答：①Ploe-ploe（PP）②Ploe-diploe（PD)③Diploe-diploe(DD)④Half-Wenner（HW）⑤Wenner-α（WN）⑥Wenner-β（WB）⑦Schlumberger（SC）⑧γ-Array（GM)⑨MultipleorMovinggradientarray（GD）=10\*GB3⑩Mid-point-potential-referredmeasurement（MPR）电磁法什么是瞬变电磁法？答：瞬变电磁法是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流场产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。什么是“烟圈效应”？答：任一时刻，地下涡流电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线有相同的形状；随着时间的推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。人们把地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为：烟圈效应。如何理解瞬变电磁响应过程？答：由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围的地表各点，因此，最初激发的感应电流只局限于地表。而地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在靠近发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度也逐渐减弱，分布趋于均匀。4、瞬变电磁法野外工作中，常用的装置有哪些？答：①重叠回线和中心回线装置（同点装置）②分离回线装置（偶极装置）③框-回线装置（大回线走源装置）如何选择工作装置和回线大小？答：（1）工作装置的选择：根据勘探目标、施工条件和装置的特点等因素综合考虑决定。（2）回线大小的选择：在保证预定勘探深度的情况下，一般都选择尽可能小的回线边长。探地雷达什么是探地雷达？答：探地雷达是用高频脉冲电磁波来确定地下介质分布的一种方法。探地雷达常用测量方式有哪些？答：①剖面法及多次覆盖②宽角法③共中心点法④环形剖面法⑤多天线测量法探地雷达探测时，如何装置测网？答：测量工作进行之前，首先必须建立测区坐标，以确定测线的平面位置。（1）目标体方向已知时，测线垂直于目标体长轴；目标体方向未知时，采用方格网。（2）目标体体积有限时，先用大网格小比例尺初查以确定目标体的范围，然后用小网格、大比例尺进行详查。网格大小=目标体尺寸。探地雷达探测时，如何选天线中心频率？时窗？采样率？测点点距？发射和接收天线间距？（公式）答：（1）天线中心频率：（2）时窗：（3）采样率：（4）测点间距：（5）发射和接收天线间距：5、探地雷达数据解释时，如何拾取反射层？答：确定具有一定特征的反射波组是反射层识别的基础，而反射波组的同相性与相似性为反射层的追踪提供了依据。反射波组的同相性：一般在无构造区，同一波组有一组光滑平行的同根轴与之对应，这一特性称为反射波组的同相性。反射波形的相似性：相邻记录道上同一反射波组的特征会保持不变，这一特征称为反射波形的相似性。6、电磁波速度的获取有哪些方法？答：①已知目标换算法②几何刻度法③介电常数法④反射系数法⑤CDP速度分析法重磁法的重力勘探（微重力测量）有哪些应用？（地震库热石灾）答：①近地表溶洞、地下河、孔穴、废矿坑巷道、巨径管道、规模较小的地质构造断裂、断层的探测；②地震活动区内监测地震预报③大型水库蓄放水引起的库区的地形变化的监测④地热资源的探测⑤石油、天然气资源的勘探⑥灾害预报2、工程与环境地球物理中的磁法勘探（高精度磁力测量）有哪些应用？（核海路管水垃）答：①核电站的建设和核废料的埋藏②海洋开发中的海底不稳定性③公