工程物探方法技術(shù)研究ppt課件

1、工程物探方法技術(shù)研討工程物探方法技術(shù)研討王運(yùn)生王運(yùn)生 鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院主要研討內(nèi)容主要研討內(nèi)容 面波勘探 工程CT、聲波解釋 地震成像、雷達(dá)成像 地震折射、電法解釋 虛擬儀器和人工智能技術(shù) 隧道超前預(yù)告、橋梁檢測(cè)工程物探開展概略工程物探開展概略 地球物理學(xué)是運(yùn)用物理學(xué)方法研討地球環(huán)境的科學(xué)。地球物理學(xué)是運(yùn)用物理學(xué)方法研討地球環(huán)境的科學(xué)。地球物理勘探簡(jiǎn)稱物探是地球物理學(xué)研討的主要地球物理勘探簡(jiǎn)稱物探是地球物理學(xué)研討的主要內(nèi)容之一。內(nèi)容之一。 運(yùn)用地球物理手段來處理工程與環(huán)境中的地質(zhì)及其相運(yùn)用地球物理手段來處理工程與環(huán)境中的地質(zhì)及其相關(guān)問題，是近幾年來地球物理學(xué)開展的一

2、個(gè)新的前沿關(guān)問題，是近幾年來地球物理學(xué)開展的一個(gè)新的前沿領(lǐng)域，稱之為工程物探。領(lǐng)域，稱之為工程物探。 8080年代以來，隨著我國的大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建立和國土整治年代以來，隨著我國的大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建立和國土整治的迫切需求，工程物探得到了迅速開展。工程物探作的迫切需求，工程物探得到了迅速開展。工程物探作為一種重要的測(cè)試和監(jiān)測(cè)手段，同時(shí)也得到了工程界為一種重要的測(cè)試和監(jiān)測(cè)手段，同時(shí)也得到了工程界的普遍關(guān)注。的普遍關(guān)注。 物探方法具有設(shè)備輕便、勘察速度快，投入費(fèi)用少等物探方法具有設(shè)備輕便、勘察速度快，投入費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。并且能對(duì)場(chǎng)地進(jìn)展延續(xù)勘探，所生成剖面圖像優(yōu)點(diǎn)。并且能對(duì)場(chǎng)地進(jìn)展延續(xù)勘探，所生成剖面圖像非常直觀

3、，能更好的了解和掌握地質(zhì)構(gòu)造分布情況。非常直觀，能更好的了解和掌握地質(zhì)構(gòu)造分布情況。瞬態(tài)面波勘探瞬態(tài)面波勘探 瞬態(tài)面波法廣泛運(yùn)用在軟土地基加固效果評(píng)價(jià)、加固地基承載力的檢測(cè)，以及碎石樁、粉噴樁質(zhì)量檢測(cè)等方面。 其根本原理是在地面上產(chǎn)生一瞬時(shí)沖擊力，由此產(chǎn)生一定頻率范圍內(nèi)的瑞雷波面波。利用面波分析處置軟件，可以計(jì)算出不同頻率信號(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)條件存在著內(nèi)在聯(lián)絡(luò)。經(jīng)過對(duì)頻散曲線進(jìn)展解釋，可獲得地下某一深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況和不同深度的面波速度，據(jù)此可以很容易計(jì)算出橫波速度，進(jìn)而對(duì)地基質(zhì)量進(jìn)展評(píng)價(jià)。面波性質(zhì)、特點(diǎn)面波性質(zhì)、特點(diǎn)與體波相比面波能量

4、衰減很慢，在傳播時(shí)具有較大能量面波性質(zhì)、特點(diǎn)面波性質(zhì)、特點(diǎn)不同波長(zhǎng)的面波具有不同的穿透深度。因此在地表所測(cè)得的面波速度被以為是某一深度內(nèi)的平均速度。SourceShort wave lengthLong wave length測(cè)試方法原理測(cè)試方法原理頻散曲線計(jì)算方法頻散曲線計(jì)算方法 相位差法：利用相位差法：利用FFTFFT算法計(jì)算兩個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的算法計(jì)算兩個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)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/求解頻散曲求解頻散曲線。線。 F-KF-K法：利用二維法：利用二維FFTFFT算法對(duì)多通道地震信號(hào)算法對(duì)多通道地震信號(hào)變換分析，得到

5、一條變換分析，得到一條f-kf-k曲線，然而根據(jù)公式曲線，然而根據(jù)公式(k=f/VR)(k=f/VR)，可得到頻散曲線。，可得到頻散曲線。 F-VF-V法：計(jì)算面波信號(hào)法：計(jì)算面波信號(hào)“F-VF-V速度譜速度譜, ,然后據(jù)然后據(jù)此求取頻散曲線。具有精度高和適用性強(qiáng)等此求取頻散曲線。具有精度高和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可運(yùn)用兩通道或者多通道儀器采集信優(yōu)點(diǎn)，可運(yùn)用兩通道或者多通道儀器采集信號(hào)。號(hào)。 “F-V法根本原理 用FFT求某一頻率fk相關(guān)曲線t-Rk。 根據(jù)檢波距由t-Rk變換求得v-Rk 不同檢波距Rk曲線相加得V-Rk曲線。 根據(jù)V-Rk曲線最大值，求面波速度 VR 。 根據(jù)不同頻率VR 即可求

6、得頻散曲線f-VR。)()()(| )()()()()()()(cos)(cos)()(cos)/(cos)(2111221121121212211111kfftfWfYfYFRfYfYFdtytyRtttAVxxtAtyttAVxtAtyk“F-V法運(yùn)用實(shí)例法運(yùn)用實(shí)例 面波法對(duì)地基進(jìn)展分層及強(qiáng)度劃分“F-V法運(yùn)用實(shí)例法運(yùn)用實(shí)例2 地基夯實(shí)效果評(píng)價(jià) 地質(zhì)剖面分層及強(qiáng)度評(píng)價(jià)聲波透射法檢測(cè)原理聲波透射法檢測(cè)原理 測(cè)試方法簡(jiǎn)單 用平均波速進(jìn)展分析 有時(shí)會(huì)漏測(cè)嚴(yán)重缺陷 不能有效檢測(cè)較小缺陷 無法確定缺陷詳細(xì)位置超聲資料解釋成果圖超聲資料解釋成果圖主要運(yùn)用：砼、巖石彈模測(cè)試及其強(qiáng)度評(píng)價(jià)測(cè)試方式：孔中及孔

7、間丈量彈性波彈性波CT 來源于醫(yī)學(xué)CT (Computerized Tomography )。 運(yùn)用于工程檢測(cè)與地球物理勘探并獲得勝利，由于具有很高的成像精度，因此CT技術(shù)遭到越來越多專家和用戶的青睞。 開展有彈性波CT、電磁波CT和電阻率CT等。其中彈性波CT運(yùn)用最為廣泛。 根據(jù)激發(fā)方式和信號(hào)頻率，彈性波CT又可分為地震波CT和超聲波CT。 根據(jù)輸入?yún)?shù)和剖面成果，彈性波CT又可分為走時(shí)波速CT和頻譜吸收系數(shù)CT。彈性波彈性波CT成像原理成像原理 用扇形接納方式 需解算大型方程組 對(duì)軟件設(shè)計(jì)要求高 圖像顯示直觀明了 有效檢測(cè)各種缺陷BAXtSlVSjjNjijjj得方程令1/1防防滲滲墻、墻

8、、砼砼質(zhì)質(zhì)量量檢檢測(cè)測(cè)某隧道工程需求經(jīng)過二疊系灰?guī)r地域，為了查明其裂隙發(fā)育分布情況，采用地震波CT技術(shù)對(duì)下部介質(zhì)進(jìn)展波速成像，成像剖面為86m280m。從成果圖中可以明顯看出，巖體裂隙呈條帶狀分布與地層產(chǎn)狀一致，同時(shí)部分有小溶洞發(fā)育，與地質(zhì)鉆探驗(yàn)證資料非常吻合。 地地質(zhì)質(zhì)構(gòu)構(gòu)造造巖巖溶溶探探測(cè)測(cè)電磁波電磁波CT主要運(yùn)用：煤田地質(zhì)構(gòu)造和灰?guī)r地域溶洞探測(cè)成像方法：坑透CT、孔間CT淺層地震成像淺層地震成像 淺層地震反射波法是水、工、環(huán)物探方法中最重要最常用的方法之一。 彈性波CT需求鉆孔配合，才干完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。地震成像直接在地表進(jìn)展測(cè)試，因此具有更重要的實(shí)踐意義。 然而，長(zhǎng)期以來淺層地震根本上

9、都是照搬石油地震中的方法技術(shù)以及實(shí)際根底，運(yùn)用效果遭到限制。 綜合運(yùn)用地震勘探、信號(hào)分析、概率統(tǒng)計(jì)等技術(shù)，對(duì)淺層地震反射與散射信號(hào)進(jìn)展結(jié)合成像研討，實(shí)現(xiàn)快速高精度直接成像，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)踐意義。 信號(hào)反射與散射表示圖信號(hào)反射與散射表示圖同光線一樣，地震波遇到彈性分界面時(shí)會(huì)發(fā)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號(hào)。 彈性波在傳播過程中，當(dāng)遇到地層尖斷點(diǎn)或者異常體尺寸小于菲涅爾半徑時(shí)，就會(huì)像光學(xué)中的衍射一樣，這些介質(zhì)性質(zhì)突變點(diǎn)將產(chǎn)生波的散射。地震成像原理 首先提取出共反射點(diǎn)和共散射點(diǎn)記錄。 然后把記錄上的反射信號(hào)和散射信號(hào)同時(shí)聚焦到它們的空間位置上。外業(yè)任務(wù)和實(shí)

10、測(cè)記錄地震成像運(yùn)用實(shí)例地震成像運(yùn)用實(shí)例 目的：查明巖溶的分布范圍和發(fā)育規(guī)模 地震成像運(yùn)用實(shí)例地震成像運(yùn)用實(shí)例2地質(zhì)構(gòu)造勘探地質(zhì)雷達(dá)成像地質(zhì)雷達(dá)成像 地質(zhì)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)問題進(jìn)展詳細(xì)填圖。在工程地質(zhì)勘探、地質(zhì)災(zāi)禍調(diào)查和公路工程質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。 對(duì)于土質(zhì)場(chǎng)地而言，由于其對(duì)電磁波的吸收作用很強(qiáng)，探測(cè)深度遭到一定的限制。 運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)成像技術(shù)，可以更準(zhǔn)確的提取雷達(dá)成像速度，提高對(duì)雷達(dá)剖面的時(shí)深轉(zhuǎn)換精度。同時(shí)可以有效地消除異常體所產(chǎn)生雙曲線景象，恢復(fù)其本來面目。 地質(zhì)雷達(dá)成像原理與淺層地震成像非常類似，在此不再多述。雷達(dá)成像運(yùn)用實(shí)例雷達(dá)成像運(yùn)用實(shí)例實(shí)測(cè)信號(hào)來源：S

11、IR_Examples雷達(dá)成像運(yùn)用實(shí)例雷達(dá)成像運(yùn)用實(shí)例2a.隧道頂部巖層厚度探測(cè)(h=tV/2)b.隧道掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)告地震折射波法地震折射波法主要運(yùn)用：基巖面深度探測(cè)、地層劃分解釋方法：延遲時(shí)(t0)法、時(shí)間場(chǎng)法和波路擬合法電測(cè)深曲線擬合解釋電測(cè)深曲線擬合解釋運(yùn)用:地層劃分含水層探測(cè)特點(diǎn):設(shè)備簡(jiǎn)單本錢底測(cè)試方便效率高要求地層界面較平緩高密度目的相關(guān)成像原理高密度目的相關(guān)成像原理當(dāng)掃描點(diǎn)位離空洞很遠(yuǎn)時(shí)，相關(guān)系數(shù)近似為零。隨著掃描點(diǎn)位到空洞間隔的減少，相關(guān)系數(shù)逐漸增大。當(dāng)掃描點(diǎn)位與空洞位置完全重合時(shí)，相關(guān)系數(shù)為1。目的相關(guān)成像運(yùn)用實(shí)例目的相關(guān)成像運(yùn)用實(shí)例知測(cè)試剖面內(nèi)有一與之相垂直的程度圓柱

12、狀空洞，中心位置埋深3.5m，洞徑0.3m。用目的相關(guān)算法對(duì)所測(cè)資料進(jìn)展解釋，圖中高阻異常體位置與實(shí)踐情況相一致。虛擬儀器和人工智能技術(shù)虛擬儀器和人工智能技術(shù) 美國NI公司最早提出了“軟件就是儀器的概念，并在這一領(lǐng)域一直堅(jiān)持著技術(shù)領(lǐng)先?；谟?jì)算機(jī)聲卡的虛擬儀器具有本錢低、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，獲得了較好的運(yùn)用效果。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期在國際上開展起來的一種工業(yè)控制技術(shù)。是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備與控制主機(jī)之間的一種開放的通訊系統(tǒng)。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人腦構(gòu)造和功能的一種信息處置系統(tǒng)，它是由大量的，同時(shí)也是很簡(jiǎn)單的神經(jīng)元有序地相互銜接而構(gòu)成的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，具有逼近恣意延續(xù)函數(shù)和非

13、線性映射的才干。計(jì)算機(jī)虛擬儀器設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)虛擬儀器設(shè)計(jì)(基于聲卡基于聲卡).儀器儀器=便攜式工業(yè)計(jì)算機(jī)便攜式工業(yè)計(jì)算機(jī)+聲卡聲卡+軟件軟件(信號(hào)信號(hào)聲卡聲卡(MIC/LineA/D) 運(yùn)用軟件運(yùn)用軟件).儀器儀器=筆計(jì)本電腦筆計(jì)本電腦+軟件軟件 .儀器儀器=PDA+軟件軟件輕便、智能LB-6孔中彈模儀孔中彈模儀 探頭部分采用3個(gè)千斤頂推進(jìn)剛性承壓板對(duì)鉆孔壁巖體施加應(yīng)力，運(yùn)用高精度傳感器丈量不同載荷條件下的應(yīng)力和徑向變形量。 根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)力和變形量，運(yùn)用軟件將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)直觀的表現(xiàn)出來，同時(shí)計(jì)算得到巖石彈性模量。外業(yè)任務(wù)與測(cè)試成果現(xiàn)場(chǎng)總線和無線傳輸CORE模塊38Kbps,1.5km45mA3.

14、3V110個(gè)節(jié)點(diǎn)1Mbps,40m5Kbps,10Km新技術(shù)運(yùn)用研討人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)原理圖人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)原理圖 首先對(duì)知的典型樣本進(jìn)展反復(fù)學(xué)習(xí) 然后利用學(xué)習(xí)的結(jié)果去識(shí)別未知客體PFWD原理與測(cè)試方法導(dǎo)桿質(zhì)量塊荷載傳感器緩沖墊剛性圓盤筆記本電腦位移傳感器 利用沿導(dǎo)桿自在下落重塊，經(jīng)過剛性圓盤對(duì)地基或者土石填料施加沖擊荷載。 根據(jù)荷載應(yīng)力和根底變形位移，可求解動(dòng)彈性模量。PFWD信號(hào)人工智能反演 信號(hào)分析與特征值提取 運(yùn)用人工智能技術(shù)，反演地基和堆石壩密度、含水量及壓實(shí)度，評(píng)價(jià)質(zhì)量。樁基錨桿智能檢測(cè)樁基錨桿智能檢測(cè) 信號(hào)檢測(cè) 特征值提取 人工智能反演隧道地震超前預(yù)告隧道地震超前預(yù)告 目前隧道地質(zhì)

15、超前預(yù)告以地震探測(cè)方法為主，同時(shí)結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)和高密度電法等。 由于觀測(cè)條件的限制以及巖體內(nèi)不同方向的反射及散射，從觀測(cè)方式和處置方法等方面進(jìn)展研討，構(gòu)成了幾種不同的技術(shù)。 反射地震包括負(fù)視速度法、HSP、TSP、TRT方法等，各種方法都有其開展歷程和運(yùn)用條件，需求分析選用，并不斷改良。負(fù)視速度法任務(wù)原理負(fù)視速度法任務(wù)原理 該方法的觀測(cè)是在隧道側(cè)壁打孔布置檢波器和炮點(diǎn)，檢波器和炮點(diǎn)在一條平行隧道軸的直線上，利用直達(dá)波估計(jì)巖體波速，利用反射波走時(shí)曲線與直達(dá)波走時(shí)曲線的交點(diǎn)推測(cè)前方反射界面的位置。疊前偏移散射波成像研討橋梁檢測(cè)與平安評(píng)價(jià)橋梁檢測(cè)與平安評(píng)價(jià) 隨著橋梁高計(jì)的新穎和大跨徑的方向開展，橋梁的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)也需求更新開展。 目前，確定現(xiàn)有公路橋梁的實(shí)踐運(yùn)用情況和實(shí)踐承載力顯得更為迫切。 借助于現(xiàn)代檢測(cè)手段的無損檢測(cè)技術(shù)，代表了橋梁檢測(cè)技術(shù)的最新開展方向。 研討內(nèi)容和技術(shù)線路研討內(nèi)容和技術(shù)線路 橋梁構(gòu)造靜載實(shí)驗(yàn)、橋梁構(gòu)造動(dòng)載實(shí)驗(yàn)構(gòu)