郭晶
核工业南京工程勘察院 江苏南京 211102
摘要：多道瞬态面波勘探技术被广泛应用于岩土工程勘探中。本文结合工程实例，对多道瞬态面波勘探的原理、方法及勘探效果进行了研究。
关键词：多道瞬态面波勘探技术；岩土工程；应用
Application of Multi-channel Transient Surface Wave Exploration Technology in Geotechnical Engineering Investigation
Guo Jing
Nuclear Industry Nanjing Engineering Survey Institute, Nanjing, Jiangsu 211102
Abstract: Multi-channel transient surface wave exploration technology is widely used in geotechnical engineering exploration. In this paper, combined with engineering examples, the principles, methods and exploration effects of multi-channel transient surface wave exploration are studied.
Keywords: multi-channel transient surface wave exploration technology; geotechnical engineering; application
引言：
在传统地震勘探方法中，面波是作为一种干扰波存在的，主要呈扫帚状分布[1]，因此工程建筑人员在实际工作过程通过多种途径寻求消除这种波状形态的方式。随着科学技术的不断发展，技术人员进行深入研究时发现其特性完全可以用于岩土工程地质勘探之中，通过利用面波可以有效提升岩土工程地质勘探工作的效率。
面波法勘探以往主要以稳态激振法居多[2]，近年来多道瞬态面波方法发展较快，国内已经出现了成熟的仪器设备，比如北京水电物探研究所的SWS系列等。多道瞬态面波已成熟运应用于覆盖层厚度调查、松散地层沉积层序划分；基岩埋深和起伏面调查，风化带划分；查找构造破碎带；地下隐伏物体、古墓、洞穴和煤矿采空区探测；非金属管线调查；滑坡体调查；原位测试；地基加固效果、回填层质量检验等方面[3]。
一、方法原理
地质环境中弹性分界面处在受到干涉后会产生一种波，主要沿界面进行传播，此即为面波。面波又分为拉夫波和瑞雷波，拉夫波不易观测，目前主要是利用瑞雷波。后文提到的面波不特别注明的情况下，都是指瑞雷波。瑞雷波传播时，其穿透深度在1个波长的范围内。当深度为波长的一半时，面波的能量最强；深度与波长相当时，其能量迅速衰减。因此一定波长的面波速度主要与一定深度（波长）范围内的的地层物性有关，我们可以利用这一特性对浅部地层进行勘探。通常认为面波的勘探深度约为半个波长。测得的面波速度Vr可视为/2范围内地层的平均速度值，即测试深度为
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（1）
由（1）式可知，低频信号反映较深部的地层信息，而高频信号反映较浅部的地层信息。
一般来说，面波方法适用于横向均匀，纵向速度逐渐增加的地层。频散曲线是面波勘探的直接成果，频散曲线的特征及其变化反映了地下地层的厚度及速度等情况。通过后期处理软件可将同一剖面不同测点的频散曲线数据，合成为可直观反映地层弹性结构特征连续变化的速度等值线剖面图[4]。
二、瞬态多道面波采集方式
（1）震源
通常情况下，在勘探20m范围内的浅层时，主要通过利用重锤敲击铝板获取震源信号；在勘探20-40m的深层时，主要采取落锤方式；在调查50m以上的地层时，最好采用炸药震源。
（2）排列长度
排列长度由道间距和道数决定。通常认为每个排列测得的数据反映的是排列中点处下部地层的情况。排列长度应不小于最大勘探深度。道间距应不大于所研究最小地层的厚度，因此增加排列长度的最好方法就是增加检波器道数。若果排列长度过短，一方面不易区分基阶面波和高阶面波，另一方面也容易丢失深部信号。
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图1 多道瞬态面波排列示意图
（3）偏移距
工程实践中，以锤击震源使用最为普遍，此时的偏移距最好控制在为5-10m。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。但需要注意的是偏移距选取过小，会导致近震源道削波；偏移距选取过大则会降低信号质量。
除此以外，采样点数、采样间隔、记录长度等参数设置也要根据现场工程条件选定，以确保数据质量。
（4）检波器
检波器是瞬态面波勘探中的关键部分，检波器均有其固定的频率响应范围和灵敏度，固有频率不同，其频率响应特性也会有所区别[5]。即不同频率的检波器主要拾取不同频率的波。而从前文可以知道，不同频率成分的面波反映不同深度的岩土介质性质。在实际工作中多采用4Hz低频检波器，可向高频兼容。
值得注意的是，多道瞬态面波法现场采集时不需叠加，数据处理时不需滤波。
三、工程实例探究
（一）工程概况
本文以某市创业服务大楼建设地质勘探为例，分析瞬态面波技术应用方式及其成果。根据相关资料显示，某市拟建的创新服务大楼原址为工厂生产厂房，部分地区被用于垃圾填埋作业，因此场地范围内分布大量垃圾杂填土，因此，施工单位在实际施工之前需要组织相关人员对填埋范围、深度的信息进行勘察，为管理人员在制定后期处理措施提供可靠信息支持，经过综合分析后，施工单位决定采用瞬态面波技术作为主要勘查技术，为后续施工获取详细信息数据。
（二）数据采集环节研究
本工程在实际利用多道瞬态面波时，对勘察现场以及相关资料进行深入研究后决定，本次勘测主要选用SWS-6A型数字图像工程勘察与工程检测仪，通过锤击方式获取低频震源，利用4Hz低频检波器对波长进行接收。现场采集具体参数为：道间距：1m；偏移距：10m；采样间隔：0.25ms；测点间距：1m。
（三）成果处理
本工程主要采用半波法对所采集数据以及勘探成果进行分析与解释，通过整理勘探过程中采集的频散曲线数据可以获得如图2所示面波速度剖面图，通过对其进行分析可以获得以下信息，施工场地内填土范围与周边面波传播速度存在明显差异。
根据钻探结果显示，1#、3#孔主要穿过图2中左侧面波测线1，1#、3#孔分别处于测线北、南两侧，1#孔钻探地土层较厚，3#孔钻探地土层较薄，图3分别显示1#、3#孔钻孔柱图。通过测线1面波速度剖面图可以分析出施工场地北侧填土厚度为12m,而南侧填土厚度则为6-7m，根据钻探结果显示，与勘探结果大致相同；而测线2并未进行钻探验证，在施工后期对其进行基坑开挖所得数据与测线2 所示结果基本一致。
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（四）结果分析研究
根据钻探结果显示，回填土范围主要集中在3#孔7.2m、1#孔11.3m内，通过利用多道瞬态面波勘察技术结果显示，原土面波波速主要在230m/s～350m/s范围内，而回填土部分波速则有明显下降，主要在140m/s～230m/s范围内；3#孔以3.7m为界，分别为粉砂填土以及粉质粘土，土质不同导致面波波速也产生一定差异。通过钻探对勘探结果进行验证显示，根据勘探结果对填土界面进行划分的依据是科学有效的。
四、总 结：
综上所述，多道瞬态面波勘查技术具备使用成本低、勘察效率高、适用性广等多种优势，因此行业在实际发展过程中应注意加强对相关技术的研究力度，推动相关技术进一步发展，为推动岩土工程勘探环节顺利开展提供有力保障。
参考文献：
[1]辛永祺.多道瞬态面波技术在岩土工程勘察中的应用[J].山西建筑,2006,NO.32(2):90-91.
[2]董先军,葛建伟.瞬态多道面波勘探技术在岩土工程勘察中的应用[J].西部探矿工程,2011,2:33-34.
[3]JGJ/T 143-2017.多道瞬态面波勘察技术规程[S].
[4]杨丽娜,戴彦雄.浅析瞬态面波测试在工程勘察工作中的应用[J].岩土工程技术,2018,32(06):37-39.
[5]王鑫文.瞬态面波勘探技术在岩土工程勘察中的应用[J].中国水运,2017,No.17(11):233-234.