《sws工程勘探及工程检测系统使用方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《sws工程勘探及工程检测系统使用方法（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SWS系统功能与使用介绍北京市水电物探研究所 金荣杰,北京市水电物探研究所简介,北京市水电物探研究所专门从事工程物探技术的开发与应用北京市水电物探研究所一直致力于地震波技术的研究与地震波仪器的研发,高性能、多功能的岩土工程勘察、检测新设备。彩色成果图显示地层层序和物性，使勘察施工快捷化、勘察成果定量化。1996年通过国家科委主持的专家评审鉴定，鉴定结论为SWS系统属世界领先水平；1998年获国家重点新产品证书。,SWS-6,SWS-7A/7S,主机：整机密封方式。 工控级主板，信噪比高，抗干扰能力强，适应恶劣环境。 显示屏具有强背光显示功能，适应野外勘察环境。 存储介质：CF卡，稳定性高。 界
2、面友好：数据采集与处理皆为Windows操作系统。 数据传输：USB方式，方便数据传输。,SWS系统的特点,1 多道瞬态面波勘察、检测 2 水域与陆域高密度地震映像勘察 3 工程测振分析评价 4 超长采样的地脉动测试、基桩无损检测 5 地震反射波、折射波勘察 6 弹性波CT检测与波速测井 7 *伪随机叠加采集功能，采用伪随机叠加技术，以连续冲击叠加采集方式代替炸药，摆脱炸药震源施工的困难，可使地震波记录实现高分辨效果，同时使地震反射波勘探深度方便地达到600-700米，使面波勘探深度方便地达到30-60米。 （*此功能仅限于SWS-6/7S型仪器）,SWS系统主要功能,1 各类岩土工程勘察、检
3、测 2 水域工程勘察 3 资源环境勘查 4 堤坝隐患检（监）测 5 地基加固效果检测 6 地质灾害调查 7 地基动力特性测试评价 8 工程振动测试评价 9 基桩无损检测,SWS系统应用领域,地震波勘探方法的工作流程,一、多道瞬态面波勘察方法,面波作为地震波家族中的一员在之前的地震波勘探中是很不受欢迎的，属于干扰波。1993年刘云祯所长在对地震反射波记录中的干扰面波进行分析时，发现面波的传播特征与覆盖层介质的性质有关。通过对大量稳态面波勘探资料的研究，并结合其多年从事地震波勘探的经历，确立了“采用多道接收和瞬态激振研究面波勘察”的课题，最终形成了现在广泛应用的“多道瞬态面波勘察技术”。多道瞬态面
4、波技术不仅已建立国家行业标准，而且已经列入岩土工程勘察规范、水利水电物探规范等国家标准及铁路和公路的物探规程中，成为岩土工程勘察行业中的热门技术。,面波勘察的原理,在地表激振不仅激发纵波和横波，同时由于纵波和横波的相互干涉叠加，会形成一种新的能量很强（地震记录中，面波的能量占2/3、体波的能量占1/3）、主要集中在地表附近、沿介质层面滚动传播的波，称为面波，主要有瑞雷波与拉夫波。但是拉夫波只在水平方向振动，其速度与横波速度相差不大，很难从地震记录上看出，因此目前的面波勘察采用的是质点在垂直方向振动、速度略小于横波的瑞雷波。瑞雷波沿界面传播时，其穿透深度约为1个波长。当深度为波长的一半时，面波的
5、能量最强；深度与波长相当时，其能量迅速衰减。因此某一波长的面波速度主要与深度小于波长的地层物性有关，该特性为利用面波进行浅层勘探定量解释提供了依据。通常认为面波的勘探深度约为半个波长。在地面测得的Vr被认为是/2范围内介质的平均速度值。,面波勘察，适用于地层横向变化不明显，随深度增加速度逐渐增加的地层勘察。一般情况下，岩土体都可以近似认为是层状介质。瑞雷波在层状介质中具有频散特性，面波的频散是由它所经历的“路程”上的地层结构决定的，瑞雷波勘探的直接成果是瑞雷波的频散曲线，频散曲线的特征及其变化与地下地质条件（如地层的厚度、波速等）密切相关。,频散又称波散，是指正弦波传播的速度随其波长/频率而变
6、化。 形象地讲就是：面波最初传播的时候，“队列整齐”地前进，逐渐地，这支队伍发生了“分化”，有些频率的面波“比较敏捷”，跑在前面；而有些频率的面波“比较迟缓”，落在后面这种情况称为“频散”。,1、在分层介质中，瑞雷波具有频散特性； 2、瑞雷波的波长不同，穿透深度也不同； 3、瑞雷波的传播速度与横波传播速度具有相关性； 4、竖向激振时，瑞雷波能量占总能量的绝大部分， 而且比纵波、横波衰减得慢。,瑞雷面波的特性,1、浅层分辨率高； 2、不受各地层速度关系的影响：折射波法要求下伏层速度大于上覆层速度；反射波法要求各层具有波阻抗差异；瑞雷波法只要求具有波速差异，即使差异只有10%也可以精确进行分辨。
7、3、工作效率高，费用低。,多道瞬态面波勘察方法的特点,1、工程地质勘察：利用实测的频散曲线，通过定量解释，可以得到各地质层的厚度及弹性波的传播速度，传播速度的大小直接反映了地层的“软”“硬”程度。因此可以对第四系地层进行划分，确定地基的持力层。可方便地划分出地层中软弱层的埋深及范围。 2、地基加固处理效果评价：通过实测地基加固前后的波速差异，得到处理后的地基较处理前土体的物理力学性质的改善程度，同时可方便地对处理后场地在水平方向的均匀性做出评价，以及确定加固所影响的深度和范围。 3、岩土的物理力学参数原位测试：波速的大小与介质的物理力学参数，如密度、剪切模量、压缩模量、泊松比密切相关。因此通过
8、对实测资料的反演拟合解释，可以得到岩、土层的横波速度、纵波速度，进而计算出其它参数。,面波勘探可解决的问题,4、地下空洞及掩埋物探测：当瑞雷波的勘探深度与地下土洞、溶洞、矿区废弃矿井以及各地下掩埋物的深度相当时，频散曲线就会出现异常跳跃，据此可以确定其埋深及范围。5、公路、机场跑道质量无损检测：利用瑞雷波可以不破坏路面而测出路面、基层和路基的横波速度，结合纵波速度、密度等参数可计算路面厚度、基层和路基的压实度，路面的的抗折、抗压强度及路基的载荷能力，柔性路面的弯沉值，评价挡土墙和边坡的稳定性。该方法用于机场跑道和高等级公路和另一项意义是可实现质量随年代变化的连续监控，做预防性维护期质量的检测。
9、,面波勘探可解决的问题,6、饱和砂土层的液化判别：利用瑞雷波法测得横波速度，结合其它条件，如砂的粒度、饱和砂土层的埋深、地下水位的深浅等地质条件，可以计算出该饱和砂土层的液化临界波速值，判别饱和砂土层的液化可能性，为场地地震小区划服务。 7、其它方面的应用：软弱地基调查、塌方调查、滑坡调查、破碎带调查、斜面调查、铺砌形状调查、地下结构物调查、基岩的完整性评价、场地土类型与类别划分、堤坝危险性预测，桩基入土深度探测等。,面波勘探可解决的问题,85%的工程，应用面波勘探可得到解决。,多道瞬态面波勘察技术规程（JGJ/T143-2004） 条文说明总则1.0.2 条详细列明了面波的应用范围：“本条说
10、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。”,面波方法测试的深度主要取决于震源，震源激发的频率越低勘察的深度就越深。1、24磅大锤敲击，测深203
11、0m 2、落重做震源（63.5kg的标贯锤从2m高自由落下），测深3050m 3、炸药震源：800g药量，测深160m（济南）； 1Kg药量，测深240300m（新疆）,面波测试的深度,SWS主机（SWS-5）,。,24个4Hz检波器,24磅大铁锤 长度：22cm 锤头直径：8cm,2条12通道电缆,面波勘察测线示意图,检波器排列,面波勘察现场,震源形式,现场采集,地基勘察 边坡勘察 路基检测,1、数据采集 道间距：相邻两个检波器之间的距离，其值应不大于所研究最小地层的厚度。 采集道数：多道瞬态面波勘察技术规程（JGJ/T 143-2004）规定面波采集时宜用24道。 对于一个排列，是排列下部
12、整体地层的平均反映，但以中点处的反映最明显，故定义为反映排列中点的下部地层情况。 排列长度：所有检波器的道间距之和，其长度应不小于最大勘探深度。其值由道间距与采集道数决定。,面波勘察方法注意事项,1、如果排列短则高阶面波与基阶面波不易区分。2、面波在传播过程中会发生频散，越往深层频率越低，如果排列短的话，不容易取到深部的资料。,1为纵波的直达波和折射波， 2为高阶面波，3为基阶面波。,采集时，最好使排列长度长一些,3、在F-K域中，频率波数谱能够完全确定的面波最大波长取决于采集排列的长度，排列长度长，谱图能正确反映的面波波长就长，区分不同波长的能力越强，各个能量轴都比较窄，空间截断效应也较弱，
13、从而各个模态能量轴的区分比较合理。若测线长度不够，所拾取的基阶面波中的能量不足以抵制其它干扰波的影响，峰值点线易发生速度偏移。,采集时，最好使排列长度长一些,24道记录形成的频谱图 12道记录形成的频谱图 6道记录形成的频谱图,偏移距：激振点到第一道检波器的距离。通常锤击的偏移距为510m，可测深1030m。 偏移距的选择原则： 1、近震源道不削波，基阶面波不向高阶面波发生偏移。如果发生大的偏移则需减小偏移距。 2、规避干扰源，善于借助处力。如波的前进方向（地面或地下）出现反射波干扰时，需要改变激振方向。,若在公路旁边测试，测线需垂直公路，在公路一侧敲击。若不能使车辆限行，最好等车行至与测线方
14、向一致时敲击。,1为基阶面波， 2为震源后方界面反射回来的面波， 3为震源前方界面反射回来的面波。,偏移距的数值有正负之分：激振点在第1个检波器延长线外敲击，为正值；激振点在第24个检波器延长线外敲击，为负值。地震勘探的电缆规格是每条有12道，进行24道测试时，需要用两条电缆连接检波器，这两条电缆规格是相同的，放置电缆时需要注意的是：两条电缆要按同一个方向摆放，即大线插头朝向同一个方向。频散曲线的第一个点离地表总有一定距离，因为震源激发的波经过一定距离（偏移距）的传播，经过衰减只有一定波长的波才能被检波器接收到，所以偏移距越小，第一个点离地表越近。 相同条件下，偏移距越大，测试深度越深。,采样
15、点数：记录波旅行过程中所用的点数。通常选择1024点。 采样间隔：也叫采样率，就是记录每个样点的时间间隔。通常选择0.5ms。 一般来讲，4个样点可以描述一个波形，最少也可用2个点，点数越多描述的波形越可靠。 假设面波f=5Hz, T=1/5=0.2s=200ms 若采样间隔为0.5ms,则有 200/0.5=400点。也就是一个传播周期可以采集到400个样点。所以0.5ms完全可以满足要求。记录长度：记录波的旅行时间，由采样点数与采样间隔的乘积决定。单纯从面波记录的面貌来讲，记录长度应满足最后一道基阶面波到达的时刻在整个记录长度的1/2偏上部位。,记录长度合格的记录 记录长度过短的记录,滤波
16、：面波采集时不用滤波。因为滤波会损失面波携带的有用信息，同时滤波会产生一定的相移。 叠加：面波采集时不用叠加。因为面波测深也叫频率测深，利用的面波的频散特性，叠加采集是为了增加能量，提高信噪比，对频率并没有改变；再则叠加采集时不能保证每次激发的频率都一样。 检波器频率的选择：V=/T=f (面波勘察中，H=/2=2H)所以，V=2Hff=V/2H（根据介质的速度与所要测试的深度可确定频率） 土层的速度一般为100350500，所以面波测试用4Hz的检波器（低频检波器可用在高频的需求上） 激振垫板：板子越硬（不会发生塑性变形）、越轻越好。一般用1012mm厚，15cm见方的板子。 锤击开关的连接：大锤激振时，用锤击开关进行触发。将锤击开关紧密地绑在锤把上，距锤头1cm左右，使有标记的一面冲上。,
