《工程物探》PPT演示課件

1、1、設(shè)樁長(zhǎng)為20m，其混凝土波速度為4000m/s，試畫(huà)出下列情況下的理論時(shí)域信號(hào)波形。（需標(biāo)明時(shí)間和位置） 完整； t1=5ms，波阻抗減小處； t2=2.5ms，波阻抗增大處。 解： t=2 L/c=0.1s=10ms L1=t1 c/2=10m L2=t2 c/2=5m,2、某方樁的砼密度為2450kg/m3，樁長(zhǎng)20m，橫截面尺寸為450450，波速為4000m/s，求： 波阻抗（Z=cA）； 彈性模量； 第一次和第二次樁底反射時(shí)間。 解： Z=EA/c=cA=245040000.450.45 =1984500(N.s/m)= 1984.5 (kN.s/m) E=c2=39200MPa

2、 t1=2L/c=40/4000=10ms t2=2t1=20ms,二、題型：1 填空題 2 選擇或判斷題 3 簡(jiǎn)答題 4 分析應(yīng)用題,一、考試時(shí)間： 待定,1、地震勘探方法原理及分類 2、地震波的類型、傳播規(guī)律及形成折射波的條件 3、地震波時(shí)距曲線及不同波時(shí)距曲線特征和公式推導(dǎo) 4、折射波勘探的觀測(cè)系統(tǒng) 5、折射波法解釋中時(shí)間場(chǎng)法(t0法) 的方法 6、反射波法觀測(cè)系統(tǒng)的特征 7、地震勘探分辨率影響因素及提高分辨率的舉措 8、反射波地震勘探資料的常用處理方法 9、靜校正處理方法及主要內(nèi)容 10、動(dòng)校正及用途 11、疊加處理及用途,第 1 章 地震勘探,1、地微動(dòng)概念及其特點(diǎn) 2、地微動(dòng)振源、

3、分類及應(yīng)用 3、周期頻度法的分析處理方法,第 2 章 地微動(dòng)技術(shù),1、面波勘探概念及原理 2、面波勘探的特點(diǎn)及應(yīng)用,第 3 章 面波勘探,1、探地雷達(dá)的概念及組成 2、探地雷達(dá)測(cè)量的設(shè)計(jì)內(nèi)容,第 4 章 探地雷達(dá),1、低應(yīng)變檢測(cè)原理 2、應(yīng)力波在樁身中的反射和透射規(guī)律 3、引起反射波的常見(jiàn)因素并能根據(jù)檢測(cè)波形能進(jìn)行判別 4、低應(yīng)變檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù),第 5 章 低應(yīng)變基樁完整性檢測(cè),1、高應(yīng)變法概念 2、高應(yīng)變法適用范圍 3、曲線擬合法的思想 4、高應(yīng)變曲線類型和完整性分析,第 6 章 高應(yīng)變基樁承載力檢測(cè),1、超聲波概念、基本參量與分類 2、介質(zhì)的聲參量,第 7 章 超聲波探測(cè),一、地震勘探概

4、念,第 1 章 地震勘探,第 1 節(jié) 地震勘探概述,地震勘探： 通過(guò)觀測(cè)和研究地震波在地下的傳播特性, 即在不同界面上將發(fā)生反射、折射、繞射、散射等現(xiàn)象，以查明地層、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的一種地球物理方法。,據(jù)波的類型分：縱波、橫波、面波勘探； 據(jù)波傳播特點(diǎn)分：反射、折射、透射波法，反射波法應(yīng)用最廣，折射波法次之，透射波法只作為輔助手段； 據(jù)目的層深度分：淺層1000m； 據(jù)勘探目的任務(wù)：工程(淺層)，煤田，油氣； 據(jù)工作環(huán)境：陸上和海（湖）上勘探；,二、地震勘探方法分類,地震勘探在眾多物探中發(fā)展最快，應(yīng)用最廣，甚至成了物探代名詞， 95%油田是地震勘探方法發(fā)現(xiàn)的。 其中淺層地震勘探廣泛應(yīng)用于水、工、

5、環(huán)地質(zhì)調(diào)查，巖土力學(xué)參數(shù)原位測(cè)試，人文調(diào)查，工業(yè)找礦。,三、地震勘探工程應(yīng)用,第 2 節(jié) 地震勘探基本理論,地震波有兩種類型：體波和面波 體波：在彈性介質(zhì)內(nèi)部向四周傳播的波。 面波：在兩種介質(zhì)的界面?zhèn)鞑ァ?體波分為兩種類型：縱波和橫波 面波分為兩種類型：瑞利波和勒夫波 (蛇行運(yùn)動(dòng)),一、地震波的類型,縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向相同； 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向垂直; 瑞利波：沿自由表面 ( 介質(zhì)與大氣層的界面 ) 傳播的波； 勒夫波：在低速巖層覆蓋于高速巖層的情況下，沿兩巖層界面?zhèn)鞑サ牟ā?二、地震波的反射、透射和折射,當(dāng)上、下巖層的波阻抗 ( 即密度與速度的乘積 ) 時(shí)，入射波傳播到

6、兩種巖層的界面上，就會(huì)使其中一部分能量返回原來(lái)的介質(zhì)，形成反射波，且入射角與反射角相等。 這種具有波阻抗差異的界面稱為反射界面。,入射波到達(dá)界面時(shí)，還將使一部分能量透過(guò)界面，在下層介質(zhì)中傳播，形成透射波 。 令入射角為 ，透射角為 ，則它們之間的關(guān)系應(yīng)滿足斯奈爾（Snell ）定律：,當(dāng)V2V1 時(shí)， 。隨著入射角 的增大，透射角 將更快地增大。當(dāng) 增至某一臨界角 i 時(shí)， =90 。透射波在下層介質(zhì)中以速度 V2 沿界面滑行，這種沿界面滑行的透射波又稱為滑行波。臨界角 i 應(yīng)滿足下列關(guān)系：,由于界面兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)存在著彈性聯(lián)系，因此在臨界點(diǎn)以后，由于滑行波經(jīng)過(guò)所引起的界面以下質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必然會(huì)引起

7、上層各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，于是在上層介質(zhì)中就會(huì)形成一種新波，稱為折射波或首波。,形成折射波的條件： 界面下介質(zhì)的波速應(yīng)大于上覆介質(zhì)的波速。 在多層介質(zhì)中，要使任一地層頂面形成折射波，必須該層波速大于上覆所有各層的波速。如果上覆地層中某一層波速大于下伏所有各層的波速，則在這些下伏層頂面都不能形成折射波。,可見(jiàn)，形成折射的條件較苛刻。 在同一層剖面中，折射界面的數(shù)目總是少于反射界面。因而用折射波法劃分地質(zhì)剖面的能力要比反射波法差。,三、有效波和干擾波,有效波：用于解決所提出地質(zhì)問(wèn)題的波。 干擾波：妨礙分辨有效波的其它波。 例如，在折射波法中，折射波是有效波，但在反射波法中，折射波又是干擾波了。 無(wú)論哪種地

8、震勘探方法，爆炸引起的聲波，風(fēng)吹草動(dòng)、機(jī)械、車輛等形成的微震都屬于干擾波。,多次反射波的存在，降低了對(duì)一次波的分辨能力。因此，分辨和壓制多次波是地震資料處理和解釋中的重大課題。,四、地震波時(shí)距曲線,圖中各道記錄振幅開(kāi)始增大 ( 或振幅最大 ) 的點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接起來(lái)，就構(gòu)成了該種波的同相軸。這些同相軸反映了炮點(diǎn)至檢波點(diǎn)的距離 x 與波到達(dá)各檢波點(diǎn)的旅行時(shí) t 之間的函數(shù)關(guān)系。在 x-t 平面內(nèi)，此函數(shù)關(guān)系稱為時(shí) ( 間 ) 距 ( 離 ) 曲線。,1、直達(dá)波時(shí)距曲線 假設(shè)地下充滿均勻介質(zhì) , 波在其中傳播的速度為 V 。以震源 O 作為坐標(biāo)原點(diǎn)，則在炮檢距為 x 的點(diǎn)上直達(dá)波的旅行時(shí)可表示為,

9、上式就是直達(dá)波的時(shí)距方程。,2、反射波時(shí)距曲線,反射波時(shí)距曲線是一條位于上部的雙曲線，且以縱軸為對(duì)稱軸。,3、折射波時(shí)距曲線,取震源 O 為坐標(biāo)原點(diǎn)，假設(shè)地面和折射界面都是水平的，震源至界面的法線深度為 h ，上層介質(zhì)的波速為 V 1 ，下層介質(zhì)的波速為 V 2 ，且 V 1 V 2 。當(dāng)在盲區(qū)以外炮檢距為 x 的任意點(diǎn) S 觀測(cè)時(shí)，,水平界面的折射波時(shí)距曲線是以 M 和 M 為始點(diǎn)，以縱軸為對(duì)稱的兩條直線段 。,第 3 節(jié) 折射波法,在工程地震勘探中，地震折射波法是一種簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的勘探方法，它可為工程地質(zhì)提供淺層地層起伏變化和速度橫向變化資料以及潛水面的變化資料等，還可為反射波法勘探提供用于靜

10、校正的表層速度和低速帶起伏變化資料。,根據(jù)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，可將地震勘探測(cè)線分為縱測(cè)線和非縱測(cè)線兩類。,縱測(cè)線：炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)在一條直線上; 非縱測(cè)線：炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)不在一條直線上。,一 . 折射波觀測(cè)系統(tǒng),不完整對(duì)比觀測(cè)系統(tǒng)（追逐時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)）,完整對(duì)比觀測(cè)系統(tǒng)（相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)）: 可彌補(bǔ)單一時(shí)距曲線的不足，可以從不同方向反映界面變化。,有時(shí)工作條件或地質(zhì)條件復(fù)雜，用一般時(shí)距曲線得不到目的層折射波的相遇段，這時(shí)可在兩端增加激發(fā)點(diǎn)并擴(kuò)大觀測(cè)段，采用多重時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)。,二 . 時(shí)距曲線的解釋(t0法),可見(jiàn)，可利用直達(dá)波時(shí)距曲線求出V1，利用折射波時(shí)距曲線求出V2和截距時(shí)間t

11、0，即可按上述公式求出震源點(diǎn)下界面的埋藏深度。,第 4 節(jié) 反射波法,1、反射波法觀測(cè)系統(tǒng) 多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)： 把不同激發(fā)點(diǎn)，不同接收點(diǎn)上接收來(lái)的來(lái)自同一反射點(diǎn)的地震記錄進(jìn)行迭加。,優(yōu)點(diǎn)： 可以壓制多次波和各種隨機(jī)干擾波，大大提高信噪比（有效波與干擾波能量之比）和地震剖面質(zhì)量，可以提取速度等重要參數(shù)。,單次覆蓋與多次覆蓋比較,具體做法： 選定偏移距和檢波距后，每激發(fā)一次，激發(fā)點(diǎn)和整個(gè)排列同時(shí)向前移動(dòng)一個(gè)距離，直至測(cè)完全部剖面。常用綜合平面法來(lái)表示。,單邊放炮以24道接收，6次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)為例： 在觀測(cè)系統(tǒng)中，炮點(diǎn)移動(dòng)距離（或移動(dòng)道數(shù)）可根據(jù)、S求得:,2、四種道集記錄 （1）共炮點(diǎn)記錄 從炮點(diǎn)

12、出發(fā)的45度斜線代表一個(gè)排列，在此線上所有的接收點(diǎn)有共同的炮點(diǎn)，屬于同一炮點(diǎn)的各道記錄稱為共炮點(diǎn)記錄。,（2）共接收點(diǎn)記錄 從接收點(diǎn)出發(fā)的450斜線代表地面同一接收點(diǎn)位置，此線上不同炮點(diǎn)的所有道都是同一地面點(diǎn)接收，由此組成的記錄稱為共接收點(diǎn)記錄。,（3）共炮檢距記錄 與炮點(diǎn)線平行的水平線表示等炮檢距情況，各接收點(diǎn)的炮檢距都相等，由此形成的記錄稱為共炮檢距記錄。,（4）共中心點(diǎn)記錄 垂直于共炮檢距線的垂線表示共中心點(diǎn)的位置，此線上各點(diǎn)接收到來(lái)自地下同一反射點(diǎn)的反射，由此組成的記錄稱為共反射點(diǎn)記錄。,3、提高地震勘探精度 分辨率,以往的地震勘探只能接收到中、低頻成分的地震波。地震波頻率低，分辨能力

13、就低，所以地震資料只能分出厚度為幾十米到上百米的大套地層。 隨著勘探程度的提高，要求地震工作者不僅能搞清大套地層，而且還要準(zhǔn)確地劃分出十幾米甚至幾米厚的薄層，這就需要研究地震勘探的分辨能力，即分辨率問(wèn)題。,地震勘探分辨率,提高分辨率要求減小采樣周期和道間距,提高地震勘探分辨率的核心問(wèn)題是提高高頻成分的能量，它要求地震儀相應(yīng)提高采樣速率，即縮短采樣周期T。 為了保證不產(chǎn)生空間假頻，要求道間距小于或等于地震信號(hào)最小波長(zhǎng)的14 ，即,4、勘探深度,速度是地震勘探的重要參數(shù)，為了求準(zhǔn)深層速度，一般認(rèn)為，最大炮檢距應(yīng)與界面深度相當(dāng)。為了擴(kuò)大勘探深度就應(yīng)增加排列長(zhǎng)度。,勘探分辨率與勘探深度的提高都要求增加

14、儀器的記錄道數(shù)。 最大炮檢距與界面深度相當(dāng)。為了擴(kuò)大勘探深度就應(yīng)增加排列長(zhǎng)度，而提高分辨率又要求縮小道間距，因而就更需要增加道數(shù)。,第 5 節(jié) 地震資料的處理,對(duì)野外取得的地震資料必須進(jìn)行加工處理，以便消除或壓制地震記錄中的噪音，改善或加強(qiáng)地質(zhì)信息，提高有效波的分辨率，為解釋提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 反射波資料的處理方法有數(shù)值校正、數(shù)字濾波、速度分析，疊加處理等。,一 . 數(shù)值校正 1. 動(dòng)校正 ： 介質(zhì)均勻時(shí)，水平界面的反射波時(shí)距曲線為雙曲線。,將各道記錄的反射波旅行時(shí) ti 逐點(diǎn)地校正為各檢波點(diǎn)至炮點(diǎn) O 的中點(diǎn)處的回聲時(shí)間 t0 ，這時(shí)時(shí)距曲線就變成了一條水平直線。 動(dòng)校正值 ( 稱為正常時(shí)

15、差 ) ti ti t0,將各道記錄的反射波旅行時(shí) ti 逐點(diǎn)地校正為各檢波點(diǎn)至炮點(diǎn) O 的中點(diǎn)處的回聲時(shí)間 t0 ，這時(shí)時(shí)距曲線就變成了一條水平直線。 動(dòng)校正值 ( 稱為正常時(shí)差 ) ti ti t0,通常將校正后時(shí)間軸翻轉(zhuǎn)向下，此時(shí) t0 同相軸就可以近似地反映界面形態(tài) 。,2. 靜校正： 由于地形起伏、地下介質(zhì)不均勻、地表低速帶以及炮點(diǎn)深度的影響，會(huì)使反射波時(shí)距曲線產(chǎn)生畸變 。,這時(shí)即使動(dòng)校正準(zhǔn)確，時(shí)距曲線也仍存在畸變。也就是說(shuō)，僅作動(dòng)校正是不夠的，還必須消除由于上述原因造成的反射時(shí)差 t 。,計(jì)算靜校正值時(shí)要任意選定一個(gè)基準(zhǔn)面 ( 一般選取地形起伏的中線 ) ，并將所有炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)都校

16、正到這個(gè)基準(zhǔn)面上。,靜校正包括三項(xiàng)內(nèi)容：,經(jīng)過(guò)靜校正后，就把實(shí)際觀測(cè)得到的不規(guī)則曲線變成規(guī)則的雙曲線了 。,二、疊加處理 將多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)獲得的來(lái)自同一反射點(diǎn)的地震記錄道抽出，就可以繪成共反射點(diǎn)時(shí)距曲線。,對(duì)這種雙曲線形的時(shí)距曲線進(jìn)行動(dòng)校正，經(jīng)校正后屬于同一反射點(diǎn)的反射波振動(dòng)相位完全相同，將它們疊加以后，反射信號(hào)幅度大大增強(qiáng)。,而其它干擾波，如多次波、隨機(jī)干擾等，仍有剩余時(shí)差。由于它們的相位不相同，故疊加后干擾信號(hào)的幅度必然削弱。,水平疊加原理示意圖,可見(jiàn)水平疊加是突出有效波、壓制干擾波的有效手段。 當(dāng)反射界面傾斜時(shí)，由于實(shí)際上并不存在共反射點(diǎn)，這時(shí)必須引入一種“偏移疊加”技術(shù)，才能使各種波

17、歸到地下正確的位置上。,三、時(shí)間剖面 實(shí)測(cè)地震資料經(jīng)各種處理后，同相軸變換成地下界面的形狀。由于同相軸代表的界面到地表的距離不是深度，而是時(shí)間，故這種剖面稱為時(shí)間剖面,時(shí)間剖面有不同的顯示方式，常用的是波形變面積時(shí)間剖面 。 變面積就是在地震波形極大值附近，按一定的閥值截取出的面積所形成的小梯形黑塊。小梯形面積的大小和形狀反映了地震波能量的強(qiáng)弱。根據(jù)該剖面上的波形還可以了解波的振幅和頻率等。 通過(guò)對(duì)時(shí)間剖面中各反射同相軸的對(duì)比追蹤，可識(shí)別出斷層、隆起、不整合、尖滅、超覆等地質(zhì)現(xiàn)象。,波形變面積時(shí)間剖面 (a) 變面積的說(shuō)明 (b) 波形變面積時(shí)間剖面,四、時(shí)間剖面的對(duì)比 時(shí)間剖面的對(duì)比工作是整

18、個(gè)解釋工作中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，直接影響到地質(zhì)解釋工作和構(gòu)造圖的可靠性。 在時(shí)間剖面上反射層位表現(xiàn)為同向軸的形式。在地震記錄上波動(dòng)的相同相位的連線叫做同向軸。所以在時(shí)間剖面上反射波的追蹤實(shí)際上就變?yōu)橥蜉S的對(duì)比。,來(lái)自同一反射界面的反射波，直接受該界面的埋藏深度、巖性、產(chǎn)狀以及覆蓋層等因素影響。如上述因素在一定范圍內(nèi)變化不大，具有相對(duì)的穩(wěn)定性，這就會(huì)使同一反射波在相鄰接受點(diǎn)上反映出相似的特點(diǎn)。,屬于同一反射界面的的反射波其同向軸有如下特征 ： 1）振幅顯著增強(qiáng)：在時(shí)間剖面上，有較大的梯形面積。 2）波形相似 ：在時(shí)間剖面上，是梯形“黑疙瘩”的形狀，面積大小，數(shù)目及其時(shí)間間隔相等或相似。,3）同相性

19、： 由于同一反射波到達(dá)相鄰檢波器的路程是相近的，因而同一反射波相同相位在相鄰地震道上的記錄時(shí)間是相近的。同相軸應(yīng)是一條園滑的曲線，同一反射波的不同相位同相軸應(yīng)彼此平行，這稱為同相軸平行，或稱為同相性。在時(shí)間剖面上，同相軸近似為一條直線，并有一定的長(zhǎng)度。,同相軸在時(shí)間剖面上還具有漸變的特點(diǎn)，它在時(shí)間上、能量上和波形上都是連續(xù)、平滑和漸變的。因?yàn)榈卣鸩ㄔ诮橘|(zhì)中傳播也是漸變的，則波場(chǎng)是連續(xù)和漸變的。,時(shí)間剖面上的同相軸,各種噪音壓制后,五、數(shù)字濾波,地震記錄中包含有效波和干擾波，在反射波法地震勘探中，主要研究對(duì)象就是來(lái)自地下反射界面的一次反射波。 為了壓制干擾波、獲得高信噪比的地震記錄，最常用的手段

20、就是數(shù)字濾波。,1、數(shù)字濾波的概念,所謂濾波，就是對(duì)信號(hào)（或波形）進(jìn)行加工、改造的過(guò)程。而數(shù)字濾波，就是利用數(shù)學(xué)手段或數(shù)學(xué)方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行改造的過(guò)程。 地震勘探中的濾波，其實(shí)是對(duì)地震記錄進(jìn)行分解的一種手段，其目的是通過(guò)分解最終達(dá)到壓制干擾波、突出有效波，提高資料的信噪比。,2、地震記錄的時(shí)域表示與頻域表示,地震道記錄的是某點(diǎn)的地面振動(dòng)情況，它是時(shí)間x(t)的函數(shù)。由傅里葉變換理論可知，時(shí)間函數(shù)f(t)可以變換到頻率域，與它一一對(duì)應(yīng)的頻率函數(shù)為F(w)。 把時(shí)間函數(shù)f(t)稱為地震記錄的時(shí)域表示，而把它的頻率函數(shù)F(w)稱為地震記錄的頻域表示。,原始單炮,濾波后單炮,被濾掉的面波,頻率濾波實(shí)例：,

21、六、修飾性處理,為了改善水平疊加時(shí)間剖面的面貌，使反射層次清晰、能量均衡，有時(shí)還要進(jìn)行修飾性處理。修飾性處理應(yīng)小心謹(jǐn)慎，處理恰當(dāng)可使剖面清晰、美觀，處理不好則可能造成構(gòu)造假象。 修飾性處理方法較多，常用的有振幅補(bǔ)償、振幅恢復(fù)、反褶積等處理方法。振幅處理又分為道內(nèi)平衡、道間平衡、相干加強(qiáng)等。,1. 道內(nèi)平衡（動(dòng)平衡） 同一地震記錄道淺層、中層、深層反射波的能量差異相當(dāng)大，給輸出顯示造成困難。為了在同一張剖面上將淺、中、深層的反射波同時(shí)清晰地顯示出來(lái)，需要進(jìn)行道內(nèi)平衡處理，這是一種記錄道內(nèi)的振幅均衡處理。 道內(nèi)平衡的基本思想是將一道上振幅大能量強(qiáng)的波乘以一個(gè)較小的權(quán)值，而給振幅小能量弱的波乘以一個(gè)

22、較大的權(quán)值。權(quán)值的大小由計(jì)算機(jī)根據(jù)淺層到深層各個(gè)波的平均能量計(jì)算確定。,2. 道間平衡 道間平衡也是一種振幅均衡處理，它是平衡剖面上道與道之間的能量差異。道間能量相差太大，一方面使得剖面面貌難看，不便于顯示；另一方面也不利于層位追蹤解釋。 道間平衡的基本思想與道內(nèi)平衡類似。它是將剖面上振幅大能量強(qiáng)的地震道乘以一個(gè)較小的權(quán)值，而給振幅小能量弱的地震道乘以一個(gè)較大的權(quán)值。權(quán)值的大小由計(jì)算機(jī)根據(jù)各道的平均能量計(jì)算確定。,炮間能量均衡前,炮間能量均衡后,單炮均衡前的疊加剖面,單炮均衡后的疊加剖面,常規(guī)水平疊加處理的基本流程,第 2 章 面 波 勘 探,第 1 節(jié) 概 述,一、面波勘探 面波勘探也稱彈性

23、波頻率測(cè)深，是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新的淺層地震勘探方法。 面波分為瑞利波（R波）和拉夫波（L波），而R波能量最強(qiáng)、振幅最大、頻率最低，容易識(shí)別也易于測(cè)量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。,P波占7%、S波占26%、R波占67%，即R波的能量占全部激振能量的2/3。 瑞雷波傳播的速度約為同介質(zhì)內(nèi)橫波速度的0.92倍。,瑞雷波傳播時(shí)，其介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖像是逆時(shí)針的橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸垂直于自由界面，短軸與波的傳播方向平行，長(zhǎng)軸約為短軸的1.5倍，在三維空間有同樣的情形 。,研究證明：瑞雷波能量主要集中在地表下一個(gè)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)， 波長(zhǎng)與速度及頻率有如下關(guān)系:,R=VR/fR,當(dāng)速度不變時(shí)，頻率越低，

24、測(cè)試深度就越大。 一般認(rèn)為：地表所測(cè)的面波速度看作是某一深度內(nèi)（半個(gè)波長(zhǎng)）的平均速度，因此瑞雷波法探測(cè)深度為半個(gè)波長(zhǎng)。,瑞雷波與被測(cè)地層有關(guān)的主要特征： A、在分層介質(zhì)中，瑞雷波具有頻散特性；,波的頻散：瑞雷面波的傳播速度隨頻率變化而改變。 地表所測(cè)的面波速度看作是某一深度內(nèi)的平均速度。,B、瑞雷波的波長(zhǎng)不同，穿透深度也不同； C、瑞雷波的傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。,瑞雷波法是利用上述運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力性特征來(lái)進(jìn)行工程地質(zhì)探測(cè)的。,二、面波勘探原理 在地面上產(chǎn)生一瞬時(shí)沖擊力，產(chǎn)生一定頻率范圍內(nèi)的瑞雷波。,在一個(gè)波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)的地層中，彈性波以不同波速傳播，而波速又取決于頻率或波長(zhǎng)，因

25、此不同頻率（或波長(zhǎng)）的瑞雷波就在不同深度傳播。,在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距x布置N+1個(gè)檢波器，就可以檢測(cè)到瑞雷波在N x長(zhǎng)度范圍內(nèi)的波場(chǎng)，設(shè)瑞雷波的頻率為fi，相鄰檢波器記錄的瑞雷波的時(shí)間差為 t或相位差為，則相鄰道x長(zhǎng)度內(nèi)瑞雷波的傳播速度為：,測(cè)量范圍N x內(nèi)平均波速為：,或,在同一測(cè)點(diǎn)測(cè)量出一系列頻率fi的VRi值，就可以得到一條VRf曲線，即所謂的頻散曲線或轉(zhuǎn)換為VR-R曲線， R為波長(zhǎng):R=VR/f,計(jì)算不同頻率信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度，得出面波頻散曲線。 頻散曲線的變化規(guī)律與地下地質(zhì)條件有著內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)對(duì)頻散曲線進(jìn)行解釋，可獲得地下某一深度范圍內(nèi)的面波速度和地質(zhì)構(gòu)造情況

26、，進(jìn)而對(duì)地基質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。,三、分類 根據(jù)激振震源的不同，又把面波勘探分為 穩(wěn)態(tài)法 瞬態(tài)法 無(wú)源法 它們測(cè)試原理相同，只是產(chǎn)生面波的震源不同。,穩(wěn)態(tài)法： 由穩(wěn)態(tài)信號(hào)激振器激發(fā)出不同頻率面波，形成頻散曲線（速度頻率或波長(zhǎng)），激發(fā)方式可以是單邊、雙邊或中點(diǎn)激發(fā)，并保持一定的偏移距。 激發(fā)頻率一般采用降頻掃描方式。其頻率范圍和間隔的選擇應(yīng)根據(jù)勘探深度、精度和分辨率的要求確定。 一般而言，勘探深度越大，掃描頻率越低；精度要求越高，頻點(diǎn)間隔越密。 在土壤中測(cè)深100米，在巖層能達(dá)到200米。穩(wěn)態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)在于具有較大的抗干擾力，高效的信號(hào)采集。,瞬態(tài)法： 采用錘擊或炸藥震源激發(fā)瑞雷波，在地面按一定方式用檢

27、波器接收，通過(guò)頻譜分析，計(jì)算出各頻率波速，形成頻散曲線，達(dá)到勘測(cè)的目的。 在土壤中測(cè)深50米，在巖層能達(dá)到100米。 瞬態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)在于輕便、高效。,廣泛應(yīng)用于： 軟土地基加固效果評(píng)價(jià)； 加固地基承載力的檢測(cè)； 碎石樁、粉噴樁質(zhì)量檢測(cè)等方面。,四、應(yīng)用,1. 頻率濾波：,第 2 節(jié) 瑞雷波勘探資料的處理,濾波后的波形：,原始波形：,2. 相干分析：,或,3. 利用下列公式計(jì)算出各種不同頻率面波速度：,4. 繪制瑞雷波頻散曲線vRH ：,面波法對(duì)地基進(jìn)行分層及強(qiáng)度劃分,第 3 節(jié) 應(yīng)用實(shí)例,焦作馮營(yíng)礦西副巷灰?guī)r巷道，地質(zhì)推斷掘進(jìn)前方有斷層，具體位置不清。鉆探因巖層硬度大，進(jìn)尺慢、費(fèi)用高，改用瞬態(tài)瑞

28、雷波法探測(cè)。,曲線顯示在8.16m、19.2m和36m有構(gòu)造存在。掘進(jìn)結(jié)果證明，8m和20m處為松散破碎帶，36m處是一條斷層。,第 3 章 探 地 雷 達(dá),第 1 節(jié) 概 述 一、探地雷達(dá) 探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar簡(jiǎn)稱GPR）由發(fā)射部分和接收部分組成。 發(fā)射部分產(chǎn)生高頻脈沖電磁波，通過(guò)發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射，反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線接收，根據(jù)接收到的電磁波的特征推斷地下介質(zhì)分布規(guī)律的探測(cè)方法。,二、應(yīng)用 探地雷達(dá)是一種高分辨率探測(cè)技術(shù)，可以對(duì)淺層地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)填圖。在工程地質(zhì)勘探、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和公路工程

29、質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 目前探地雷達(dá)廣泛應(yīng)用于在公路、鐵道、機(jī)場(chǎng)、建筑工程、水利工程、隧道工程等領(lǐng)域。,第 2 節(jié) 探地雷達(dá)的基本理論,一、電磁波在介質(zhì)中的傳播速度 當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)測(cè)得的走時(shí)t，由下式求得目標(biāo)體的深度z。,為真空中電磁波傳播速度和相對(duì)介電常數(shù)。 大多數(shù)非導(dǎo)電、非磁性介質(zhì)來(lái)說(shuō)，其電磁波傳播速度主要取決于介質(zhì)的介電常數(shù)。,1納秒=0.00000 0001秒,由于探地雷達(dá)的電磁波在介質(zhì)中傳播其衰減的速度非常快，這構(gòu)成雷達(dá)應(yīng)用的主要障礙：探測(cè)深度有限。電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度隨著距離的衰減規(guī)律是：,其中 為介質(zhì)的吸收系數(shù)，它與介質(zhì)的電性和頻率有關(guān)，根據(jù)計(jì)算可以寫(xiě)為,

30、二、吸收系數(shù),探地雷達(dá)工作頻率高，在地下介質(zhì)中以位移電流為主，即 ，這時(shí) 的近似值為,即 與導(dǎo)電率成正比，與磁導(dǎo)率和介電常數(shù)比值的平方根成正比。,趨膚深度： 電流值下降至表面最大電流值的1/e(36.8%)時(shí)距表面層的距離。,三、剖面法與多次覆蓋觀測(cè) （1）剖面法 剖面法是發(fā)射天線（T）和接收天線（R）以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式。,（2）多次覆蓋 應(yīng)用不同天線距的發(fā)射接收天線在同一測(cè)線上進(jìn)行重復(fù)測(cè)量然后把測(cè)量記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，這種記錄能增強(qiáng)對(duì)深部地下介質(zhì)的分辨能力。,第 3 節(jié) 探地雷達(dá)的技術(shù)參數(shù) 1. 分辨率 分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂向分辨率與橫向分辨率。

31、,2. 天線的選擇,在選擇無(wú)載波探地雷達(dá)天線的中心頻率時(shí)，要兼顧其最大探測(cè)深度和最小分辨率，同時(shí)還要考慮天線的尺寸是否符合測(cè)試地點(diǎn)的需要。,3. 時(shí)窗選擇 脈沖探地雷達(dá)采樣時(shí)窗是指從第一個(gè)資料開(kāi)始至采集最后一個(gè)資料期間的時(shí)間長(zhǎng)度。時(shí)窗長(zhǎng)度的選擇主要取決于所要求探地雷達(dá)的最大探測(cè)深度d(單位m)和探地雷達(dá)天線發(fā)射的電磁場(chǎng)在地下媒質(zhì)中的傳播速度v(單位m/nS)。,4. 采樣間隔(率)選擇 采樣間隔是用記錄目標(biāo)反射波時(shí)探地雷達(dá)采樣率的倒數(shù)來(lái)衡量的，采樣率越高，采樣間隔越短。 采樣率受采樣定律的制約，即采樣率至少應(yīng)達(dá)到反射波信號(hào)中最高頻率的2倍。,5. 測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距選擇,6. 天線間距選擇,第 4 節(jié)

32、探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理 1.數(shù)字濾波,如果噪音的頻譜分布只有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：,1）低通濾波,如果噪音的頻譜分布只有低頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：,2）高通濾波,如果噪音的頻譜分布既有低頻成分又有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：,3）帶通濾波,2. 雷達(dá)資料的偏移處理,偏移處理的概念： 把水平疊加剖面上偏移了的反射層進(jìn)行反偏移，歸位到地層的真實(shí)位置上。,偏移的產(chǎn)生： 水平疊加時(shí)間剖面相當(dāng)于自激自收剖面，界面的反射波視為共中心點(diǎn)的正下方。對(duì)于水平反射界面，這是正確的；但當(dāng)界面傾斜時(shí)，界面的反射波并不是位于共中心點(diǎn)的正下方。反射波界面與真實(shí)地層在長(zhǎng)度、傾角

33、、位置方面均不一致。,當(dāng)構(gòu)造比較復(fù)雜時(shí)，偏移現(xiàn)象很嚴(yán)重，水平疊加時(shí)間剖面上由于視界面位置不正確甚至?xí)a(chǎn)生能量匯聚、空白或干涉等現(xiàn)象。,能量匯聚現(xiàn)象,能量空白現(xiàn)象,當(dāng)構(gòu)造比較復(fù)雜時(shí)，偏移現(xiàn)象很嚴(yán)重，水平疊加時(shí)間剖面上由于視界面位置不正確甚至?xí)a(chǎn)生能量匯聚、空白或干涉等現(xiàn)象。,疊后偏移方法：,可能的反射點(diǎn),偏移歸位示意圖,水平疊加剖面上M1點(diǎn)的反射波可能來(lái)自以M1為圓心，vt/2為半徑的半圓上。同理，M2、M3接收到同一反射界面的波分別位于各自的半圓上，故這些半圓的公切線就是此反射界面。,3. 雷達(dá)圖像的增強(qiáng)處理,1）振幅恢復(fù),2）道內(nèi)均衡,第 5 節(jié) 地質(zhì)雷達(dá)資料解釋,探地雷達(dá)圖像剖面是探地雷達(dá)

34、資料地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)圖件，只要地下介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)圖像剖面中找到相應(yīng)的反射波與之對(duì)應(yīng)。 一般在無(wú)構(gòu)造區(qū)，同一波組往往有一組光滑平行的同相軸與之對(duì)應(yīng)，這一特性稱為反射波組的同相性。,在無(wú)構(gòu)造區(qū)，時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)如下特征：,1） 雷達(dá)反射波同相軸發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng) 2） 雷達(dá)反射波同相軸局部缺失 3） 雷達(dá)反射波波形發(fā)生畸變 4） 雷達(dá)反射波頻率發(fā)生變化,140,第 4 章 地微動(dòng)技術(shù),141,一、地微動(dòng)：地球表面每時(shí)每刻都處在一種微小的振動(dòng)狀態(tài)。 二、特點(diǎn)： 1. 振幅小，通常只有幾微米，人體感覺(jué)不到，需通過(guò)專門的儀器進(jìn)行觀測(cè)分析。 2. 具有平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程。,第 1 節(jié) 概 述,14

35、2,三、振源 自然因素和人文因素 自然因素： 風(fēng)、雨、海浪、潮汐、火山活動(dòng)等。 人文因素： 工廠生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、建筑施工等產(chǎn)生的振動(dòng)。,143,四、分類： 1.長(zhǎng)周期地微動(dòng)：T1.0s地脈動(dòng)； 2.短周期地微動(dòng)：T1.0s常時(shí)微動(dòng)。 建筑工程中所研究的地微動(dòng)周期在0.11.0s 范圍內(nèi)，振幅在3um以下，屬于短周期的地微動(dòng)。,144,五、應(yīng)用 在建筑場(chǎng)地中觀測(cè)到的地脈動(dòng)信號(hào)可以看作是來(lái)自四面八方的微振源產(chǎn)生的各種類型的波傳播到觀測(cè)點(diǎn)后疊加而成。 地脈動(dòng)信號(hào)在傳播過(guò)程中必然攜帶反映場(chǎng)地固有特征的一些信息，通過(guò)對(duì)地脈動(dòng)信號(hào)的觀測(cè)和分析，可以確定：,145,場(chǎng)地的卓越周期Ts 劃分場(chǎng)地土類型 確定場(chǎng)

36、地類別 估算地震動(dòng)的峰值加速度Amax,146,觀測(cè)系統(tǒng),第 2 節(jié) 觀測(cè)方法,147,觀測(cè)方式：地面測(cè)量和地下測(cè)量,一般每個(gè)場(chǎng)地的地脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)不少于2個(gè)，加速度檢波器應(yīng)沿X、Y、Z三個(gè)方向進(jìn)行布置。,原始記錄：,148,一、周期頻度法： 日本學(xué)者金井田提出，可近似求出卓越周期、平均周期、最大周期。,第 3 節(jié) 數(shù)據(jù)處理分析方法,149,方法: 取零線上每相鄰兩點(diǎn)時(shí)間差的二倍作為該處波形的周期，以周期為橫坐標(biāo)，以同一周期出現(xiàn)的頻度為縱坐標(biāo)，繪制周期頻度曲線。,150,卓越周期Ts ：周期頻度曲線中對(duì)應(yīng)頻度最高的周期。 最大周期Tmax ：出現(xiàn)的最長(zhǎng)周期。 平均周期Tv ：Tv =n/t 。 t:

37、 記錄長(zhǎng)度； n： t時(shí)間內(nèi)的微動(dòng)次數(shù)。,151,二、頻域分析法,時(shí)間域內(nèi)的地脈動(dòng)信號(hào),，頻域內(nèi)為,152,頻譜圖中最大峰值所對(duì)應(yīng)的頻率即為卓越頻率，但頻譜圖中出現(xiàn)多峰時(shí)，在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，需要進(jìn)行相關(guān)分析，以便對(duì)場(chǎng)地卓越頻率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。,153,注意： 在同一地點(diǎn)地脈動(dòng)觀測(cè)結(jié)果表明，白天測(cè)得的地脈動(dòng)信號(hào)振幅較大，夜間測(cè)得的信號(hào)幾乎沒(méi)什么變化，比較穩(wěn)定，因此測(cè)量地脈動(dòng)一般選擇在夜晚周圍環(huán)境干擾比較小的情況下進(jìn)行。,154,一、確定場(chǎng)地的卓越周期 知道了場(chǎng)地的卓越周期，為場(chǎng)地的抗震設(shè)防提供了依據(jù)，可避免建筑物的結(jié)構(gòu)周期與場(chǎng)地的卓越周期一致或接近，以免地震時(shí)發(fā)生共振現(xiàn)象。,第 4 節(jié) 在工程地震

38、中的應(yīng)用,155,二、場(chǎng)地土類型劃分,現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范，對(duì)場(chǎng)地土類型的劃分，是以場(chǎng)地土層的剪切波速為劃分標(biāo)準(zhǔn)的。 場(chǎng)地的剪切波速與卓越周期有密切關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，剪切波速越大，卓越周期就越小；相反地，剪切波速越小，卓越周期就越大。 卓越周期反映了場(chǎng)地土層的軟硬程度，可以用卓越周期來(lái)對(duì)場(chǎng)地地基情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。,156,利用卓越周期對(duì)場(chǎng)地土類型劃分標(biāo)準(zhǔn),157,三、確定場(chǎng)地類別,利用卓越周期確定場(chǎng)地類別,158,四、估算地震動(dòng)的峰值加速度Amax,地震動(dòng)的峰值加速度是抗震設(shè)防中的一個(gè)重要參數(shù)，目前有兩種方法來(lái)計(jì)算峰值加速度：根據(jù)強(qiáng)震記錄和進(jìn)行場(chǎng)地地震反應(yīng)分析。,但也可以用卓越周期來(lái)估算地震動(dòng)峰值加速度：

39、,I是對(duì)應(yīng)于各超越概率下的烈度值，利用上式可估算不同超越概率下的地震動(dòng)峰值加速度。,第 5 章 樁基低應(yīng)變檢測(cè),一、樁基礎(chǔ) 依靠樁把作用在平臺(tái)上的各種載荷傳到地基的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。,5.1 概 述,樁基礎(chǔ)應(yīng)用: 軟弱地基、特殊性土（自重濕陷性黃土、膨脹土等）地基、地基土質(zhì)較差或軟硬不均，不能滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)變形的要求；水中基礎(chǔ)施工困難，如橋梁、碼頭、鉆采平臺(tái)等。,163,1、按承載性狀：摩擦型樁、端承型樁； 2、按施工方法： 打入樁；灌注樁（沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、夯擴(kuò)樁、復(fù)打樁、支盤樁、樹(shù)根樁）、靜壓樁、螺旋樁、碎石樁、水泥土攪拌樁（深層攪拌樁、粉噴樁）等； 3、按使用功能：受壓樁、

40、抗拔樁、錨樁等。,二、基樁分類,三、樁基工程常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題,1、沉管灌注樁：斷裂、縮頸、斷樁、離析； 2、沖、鉆孔灌注樁：斷樁、離析、塌孔、縮頸、夾泥、沉渣過(guò)厚； 3、混凝土預(yù)制樁：樁身開(kāi)裂、樁頭打碎、擠折斷、破裂。,四、樁基檢測(cè) 現(xiàn)行的規(guī)范建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）規(guī)定樁基施工完畢后要進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收(包括樁身完整性和承載力)，樁基檢測(cè)是保證樁基質(zhì)量的重要手段。,五、 檢測(cè)方法 靜載試驗(yàn)法（ 單樁豎向抗壓、抗拔、水平）、鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、超聲波透射法。 其中： 低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、超聲波透射法、鉆芯法用來(lái)檢測(cè)樁身完整性； 靜載試驗(yàn)法、高應(yīng)變法用來(lái)檢測(cè)承載力。,第 2 節(jié)

41、基本理論,一、應(yīng)力波和波阻抗,1.應(yīng)力波：當(dāng)介質(zhì)的某個(gè)地方突然受到一種擾動(dòng)，這種擾動(dòng)產(chǎn)生的變形會(huì)沿著介質(zhì)由近及遠(yuǎn)傳播開(kāi)去，這種擾動(dòng)傳播的現(xiàn)象稱為應(yīng)力波。 2.波阻抗： ：密度；C：應(yīng)力波速；A：樁橫截面積。 一維直桿：dL的桿件,二、低應(yīng)變(反射波法)檢測(cè)原理,低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，樁身應(yīng)變量一般小于0.01%。 反射波法通過(guò)在當(dāng)樁頭受錘擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身向下傳播（入射波）。 在應(yīng)力波向下傳播的過(guò)程中，如遇波阻抗（Z=CA）變化處時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射波，入射波和反射波的信息可同時(shí)通過(guò)檢波器和接收系統(tǒng)接收并記錄，運(yùn)用波動(dòng)理論分析，可對(duì)被測(cè)樁的樁身完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。,三、基樁動(dòng)測(cè)中的波動(dòng)理論介

42、紹,1、波動(dòng)方程,取一不包含端點(diǎn)的小段（x,x+dx）,并設(shè)桿的橫截面積為s，密度為，楊氏模量E 。,該小段在t時(shí)刻的伸長(zhǎng)量：,相對(duì)伸長(zhǎng)量：,HOOK 定律:,上式兩邊對(duì)x微分：,由牛頓第二定律:,即為一維波動(dòng)方程（拋物線型）。,二維波動(dòng)方程:,三維波動(dòng)方程:,泛定方程。,(1) 初始條件：用來(lái)說(shuō)明某一具體物理現(xiàn)象初始狀態(tài)的條件。,2、定解條件：,系統(tǒng)各點(diǎn)的初位移 系統(tǒng)各點(diǎn)的初速度,(2) 邊界條件：用來(lái)說(shuō)明某一具體物理現(xiàn)象邊界上的約束情況的條件。,第一類邊界條件（固定端）：如兩端固定的振動(dòng)為,第二類邊界條件（自由端）：x=a 端既不固定，又不受位移方向力的作用。,第三類邊界條件（彈性支承端）

43、：在x=a端受到的彈簧支承。,或,四、分離變量法求解,分離變量法是將一個(gè)偏微分方程分解為兩個(gè)或多個(gè)只含一個(gè)變量的常微分方程。 首先求出常微分方程且滿足邊界條件的特解，然后由疊加原理作出方程解的組合，最后由其余的（初始）定解條件確定疊加系數(shù)。,頻譜分析：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅立葉變換,反射系數(shù)：,Z1和Z2分別為反射面上和下部的波阻抗，低應(yīng)變反射波法檢測(cè)對(duì)缺陷或樁反射信號(hào)進(jìn)行分析判斷的重要依據(jù)，由該式可以得出如下結(jié)論:,六、波的反射和透射,1)當(dāng)z1z2 , 樁身存在縮頸、斷裂、混凝土離析、夾泥或摩擦樁樁底等阻抗相對(duì)減小時(shí)，缺陷部位的反射與初始入射波同相; 2)當(dāng)z1z2 ,樁身存在擴(kuò)頸或嵌巖樁樁底等阻抗

44、相對(duì)增大時(shí)，其反射波與初始入射波反相: 3)當(dāng)z1=z2 ,樁身無(wú)缺陷或存在阻抗匹配時(shí)，無(wú)反射波信號(hào)。,1. 應(yīng)力波在自由端完整樁中的傳播,樁在自由端,2. 應(yīng)力波在固定端完整樁中的傳播,樁嵌巖,3. 應(yīng)力波在波阻抗減小樁中的傳播,樁截面減小,4. 應(yīng)力波在波阻抗增大樁中的傳播,樁截面增大并嵌巖,應(yīng)力波在波阻抗增大樁中的傳播,樁擴(kuò)徑,樁縮徑,整樁平均波速C：擴(kuò)徑位置L1：擴(kuò)徑范圍（L2L1）：,樁底 截面發(fā)生變化 夾泥 離析 混凝土質(zhì)量變化 土層變化,七、引起反射波的原因,1. 低應(yīng)變所能檢測(cè)到的現(xiàn)象,2. 低應(yīng)變不能檢測(cè)到的現(xiàn)象,八、 低應(yīng)變檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn),快速檢測(cè)方法 （50-200根/日）

45、 準(zhǔn)備簡(jiǎn)便 操作簡(jiǎn)單 經(jīng)驗(yàn)豐富,1. 優(yōu)點(diǎn),2.缺點(diǎn)或局限性,不能提供單樁承載力 對(duì)小缺陷靈敏度不高 無(wú)法檢測(cè)樁底沉渣,第 3 節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng),一、傳感器 二、采集儀器 三、軟件簡(jiǎn)介,一、傳感器 能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置。,速度傳感器將樁頂?shù)乃俣刃盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，而加速度傳感器則將樁頂?shù)募铀俣刃盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這兩種傳感器均須固定在樁頂被測(cè)點(diǎn)上，跟隨該點(diǎn)一同振動(dòng)，因而均為慣性式傳感器。,在使用傳感器時(shí)，傳感器的頻響特性是相當(dāng)重要的技術(shù)指標(biāo)。,第 4 節(jié) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù),一、檢測(cè)流程 二、影響測(cè)試的因素,一、檢測(cè)流程,第1步 樁頭處理 第2步 儀器連接 第3步

46、傳感器安裝 第4步 程序設(shè)置 第5步 手錘錘擊 第6步 信號(hào)采集 第7步 信號(hào)分析,1 樁頭處理,鑿掉浮漿 打磨平整 樁頭干凈干燥,2 儀器連接,交流電源接線,3 傳感器安裝,傳感器放置距樁心2/3 3/4R處且安裝位置 要求平整盡可能使傳感器垂直與樁頭平面,傳感器耦合,黃油耦合 橡皮泥耦合 口香糖耦合,使傳感器與樁頭粘合在一起，要求越緊越好,4 程序設(shè)置,在開(kāi)始檢測(cè)之前必須根據(jù)不同樁的情況對(duì)程序進(jìn)行設(shè)置，功能及程序中出現(xiàn)的參數(shù)請(qǐng)仔細(xì)閱讀軟件操作說(shuō)明書(shū)。,5 手錘錘擊,手錘垂直與樁面，錘擊點(diǎn)平整，錘擊干脆，形成單擾動(dòng),現(xiàn)場(chǎng)采集注意事項(xiàng),樁頭的處理平整 傳感器安裝緊密 采集完數(shù)據(jù)存盤,7 信號(hào)分

47、析,（1）濾波分析：高通，低通，帶通（2）指數(shù)放大：,（3）頻譜分析：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅立葉變換,二、影響測(cè)試的因素,現(xiàn)場(chǎng)干擾 傳感器安裝 樁周土,現(xiàn)場(chǎng)干擾,現(xiàn)場(chǎng)有重型機(jī)械在施工回產(chǎn)生振動(dòng)干擾 解決方案：建議在檢測(cè)采樣時(shí)停止 現(xiàn)場(chǎng)電壓不穩(wěn)造成干擾 解決方案：建議儀器用電池供電或?qū)?儀器接地,傳感器安裝影響,解決方案：調(diào)整傳感器安裝使其緊粘樁頭,樁側(cè)土影響,樁在空氣中,樁在空氣中,樁在土中,樁在土中,樁側(cè)土影響：,土層摩阻對(duì)樁底反射有衰減； 土層變化對(duì)應(yīng)力波有影響： 硬土層變?yōu)檐浲翆优c縮頸信號(hào)相似 軟土層變?yōu)橛餐翆优c擴(kuò)頸信號(hào)相似。 解決方案： 1.利用指數(shù)放大 2.了解土層參數(shù)（或地質(zhì)資料）,1、完整

48、樁：,第 5 節(jié) 工程實(shí)例,2、縮徑類樁：,3、擴(kuò)徑類樁：,4、斷裂樁：,5、嵌巖樁：,不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)的反射波波速經(jīng)驗(yàn)值：,注意：預(yù)制樁在空氣中測(cè)得速度要比在土中測(cè)得的速度高。,6、質(zhì)量評(píng)價(jià)： I類樁：樁身完好，樁底反射清晰，無(wú)不良缺陷反射; 類樁：樁底反射明顯，樁身不良缺陷反射輕微; 類樁：樁底反射不明顯，樁身不良缺陷反射明顯; 類樁：無(wú)樁底反射，樁身不良缺陷反射強(qiáng)烈，且有連續(xù)的多次反射。,第 6 章 高應(yīng)變基樁檢測(cè),第 1 節(jié) 檢測(cè)原理及分析方法,一、高應(yīng)變法概念 用重錘沖擊樁頂，使樁和土產(chǎn)生足夠位移，充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，樁身兩側(cè)的力和加速度傳感器接收相應(yīng)波信號(hào)，應(yīng)用應(yīng)力波

49、理論分析處理力和速度時(shí)程曲線來(lái)判定樁的承載力和評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量完整性。,二、高應(yīng)變法檢測(cè)目的及范圍1）檢測(cè)單樁豎向抗壓承載力，采用實(shí)測(cè)曲線擬合分析時(shí)，可以得到樁側(cè)土阻力的分布和樁端土阻力；當(dāng)沖擊力足夠大、充分發(fā)揮樁周土阻力時(shí)，可測(cè)得單樁豎向抗壓極限承載力；2）檢測(cè)樁身結(jié)構(gòu)完整性，判斷樁身質(zhì)量及缺損位置。,三、高應(yīng)變法與低應(yīng)變法的區(qū)別 1.高應(yīng)變法與低應(yīng)變法根本區(qū)別在于高應(yīng)變法考慮了樁周土彈塑性響應(yīng)而低應(yīng)變法僅使樁周土完全處于彈性范圍內(nèi)。 2.應(yīng)變量：低應(yīng)變小于10-4，高應(yīng)變大于10-2。,四、基本理論 設(shè)樁為一維線彈性桿，測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)為L(zhǎng)，樁身橫截有效面積為A，樁材彈性模量為E，樁材質(zhì)量密度為，樁

50、身內(nèi)彈性波速為c（c2=E/），廣義波阻抗為Z=Ac；其樁身應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可寫(xiě)為：,縱波波速C ：應(yīng)力波在樁身中的傳播速度，高應(yīng)變檢測(cè)時(shí)混凝土樁的正常波速一般為30004000m/s。 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度V：其質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度V取決于應(yīng)力的大小和介質(zhì)的特性。 彈性桿中的應(yīng)力波引起的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度與應(yīng)變成正比。例：對(duì)于低碳鋼，c=5120m/s，屈服限對(duì)應(yīng)的變形約為1即=1000，則質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度V=5.12m/s。,分析方法 1）采用Case法 2）實(shí)測(cè)曲線擬合法,1）case法,2）曲線擬合法,實(shí)測(cè)曲線擬合法采用了較復(fù)雜的樁土力學(xué)模型，選擇實(shí)測(cè)力或速度或上行波作為邊界條件進(jìn)行擬合，擬合完成時(shí)計(jì)算曲線應(yīng)與實(shí)

51、測(cè)曲線基本吻合，樁側(cè)土摩阻力應(yīng)與地質(zhì)資料基本相符，貫入度的計(jì)算值應(yīng)與實(shí)測(cè)值基本吻合，從而獲得樁的豎向承載力和樁身完整性。,第 2 節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng),1 傳感器 2 采集儀器 3 軟件簡(jiǎn)介 4 錘擊設(shè)備,檢測(cè)流程,第1步 樁頭處理 第2步 儀器連接 第3步 傳感器安裝 第4步 程序設(shè)置 第5步 重錘錘擊 第6步 信號(hào)采集 第7步 信號(hào)分析 第8步 結(jié)果打印,第 3 節(jié) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù),樁頭處理,剔除樁頂浮漿 樁頂設(shè)置樁墊 樁頂設(shè)置鋼板圍箍,傳感器安裝,距樁頂1.5-2.0倍樁徑 應(yīng)變計(jì)與加速度計(jì)中心在同一水平線上 緊貼樁身表面 應(yīng)變計(jì)不能有變形,程序設(shè)置,在開(kāi)始檢測(cè)之前必須根據(jù)不同樁的情況對(duì)程序進(jìn)行設(shè)

52、置，功能及程序中出現(xiàn)的參數(shù)見(jiàn)操作說(shuō)明書(shū)。,信號(hào)采集注意事項(xiàng),重錘角架放置牢固 樁頭處理到位 采集前對(duì)正個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試 波形存盤,第 4 節(jié) 判斷樁身完整性,1. 上、下行波,樁身中任意點(diǎn)的力和速度，都是上行波和下行波的疊加。,F=F+F V=V+V,下行波: WU=（F+ZV）/2 上行波: WD=（FZV）/2,2. 實(shí)測(cè)波形定性判斷樁身完整性,應(yīng)力波沿樁身傳播，遇樁身有缺陷時(shí)，反射為拉力波。上行拉力波到了測(cè)點(diǎn)，使速度波上升，力波下降。,3. F、V波形定性判斷樁承載力大小和類型,第 7 章 超聲波探測(cè),超聲檢測(cè)是振動(dòng)(或波動(dòng))檢測(cè)的一種，它是用一組的聲波頻率范圍的波的輸入樁身，并接收透射和反射后的波，進(jìn)行分辨，判定樁身質(zhì)量。,第 1 節(jié) 超聲波探測(cè)方法原理,一、超聲波探測(cè)概念,二、超聲波,聲波有很多種： 1）次聲波段 頻率f20Hz 可感覺(jué) 2）聲波 f=2020000 Hz 可聽(tīng)到 3）超聲波段 20000 Hz 聽(tīng)不見(jiàn),樁的超聲檢測(cè)使用的是超聲波段。,三、超聲波基本參量,描述超聲波波動(dòng)特性的基本物理量： 聲速c、頻率f、波長(zhǎng)、周期T 、角頻率。 其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān)。,四、超聲波分類,1） 超聲波的波型 超聲波的波型是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系。 按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。,板波（蘭姆波）：在板厚和波長(zhǎng)