利用瑞雷面波波速确定地层力学参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土工程勘测领域，具体涉及一种利用瑞雷面波波速反推地层各种岩 土工程力学参数的方法。
【背景技术】
[0002] 瑞雷面波在研究地球内部结构、近地表各种工程勘查问题中，尤其在近地表地层 结构与属性特征获取方面，是一种非常有效的地震勘探方法。由于瑞雷面波与横波速度密 切相关，因此，通过提取瑞雷面波的频散曲线来反演横波速度，进而获取地层结构、构造等 信息以实现勘探目的。其实，瑞雷面波中隐含的信息是非常丰富的，而目前利用瑞雷面波进 行勘探的方法提取的信息有限，体现的地质信息过于单一、不够直观，影响了瑞雷面波在地 质勘测领域的应用。
【发明内容】
[0003] 本发明需要解决的技术问题是提供一种利用瑞雷面波勘探，从而减少钻探、坑探 工作量，扩展岩土工程勘测适用性，提高勘测速率，降低勘测成本的地层岩土工程力学参数 确定方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0005] -种利用瑞雷面波波速确定地层力学参数的方法，包括以下步骤：
[0006] a、设置检波器:首先，在地面上沿瑞雷面波的传播方向，以一定的道间距Δχ设置Μ 个检波器；
[0007] b、测量瑞雷面波波速VR:震源激发后，在相邻检波器之间接收到的瑞雷波的时间 差为At或瑞雷波的相位差，则测量范围Μ Δχ内瑞雷面波波速为：
或
;，其中i是自然数，在同一测点测量出一系列频率f^VRl值，得到一 条VR-f曲线，即频散曲线，频散曲线也可转换为Vr-Ar曲线，为瑞雷面波波长，AR = VR/f;
[0008] c、求取瑞雷面波波速VR与剪切波波速Vs相关性:通过频散曲线进行反演解释，可得 到地下不同深度的瑞雷面波波速V R值;并得出VR与Vs的相关式:VR = VS · (0.87+1.12μ)/(1+ μ)，其中μ为泊松比；
[0009] d、根据vR与vs相关式求取地基力学参数，并适当进行钻探、剪切波法测试、土工试 验，对瑞雷波勘探结果进行验证。
[0010] 其中地基的各种力学参数如下：
[0011] 动剪切模量Gd = PVs2(KPa)，其中P是密度，
[0012] 泊松比μ=(VP2-2Vs2)/2(V P2-Vs2)，其中VP是纵波波速
[0013] 静止土压力系数K〇= (lgVs-l ·875)/0· 398，
[0014] 先期固结压力Pc=100(lgVs-l .998)/0.51，单位KPa，
[0015] 无侧限抗压强度 Q= 100(lgVs-2 · 127 )/0 · 443，单位 KPa，
[0016] 内摩擦角φ + 、20),单位°，
[0017] 内摩擦力C = Q/2,单位KPa，
[0018] 确定地基承载力fk=12 · N，N是土层的标准贯入击数，N与地基土剪切波速Vs之间 存在着相关关系：
^和8为经验系数，不同的地区和地质情况，取值 不同。
[0019] 进一步的，步骤d中适当进行钻探、剪切波法测试、土工试验，对瑞雷波勘探结果进 行验证的过程如下：
[0020] 1)在工区选择3个以上钻孔，进行标准贯入实验获得不同深度标准贯入击数，然后 在对应钻孔位置分别进行瑞雷波法勘探，获取该勘探点不同深度瑞雷波速，依据公式计算 不同深度标准贯入击数，验证是否吻合。
[0021] 2)随后，将该钻孔的土样运回土工实验室，进行土工实验，测试土样内摩擦角φ，内 摩擦力C，承载力fk物理力学指标，再依据公式计算对应力学指标，验证是否吻合。
[0022]由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0023] 本发明根据瑞雷面波波速的大小与介质的物理特性之间的相关关系，根据岩土工 程勘测实例，找出地层物性和瑞雷面波波速之间的函数关系，结合钻探资料、剪切波速及室 内土工试验进行对比验证，能准确的计算出地层的岩土工程力学性质参数，为没有钻探、坑 探资料的岩土工程勘测提供地层力学指标参考值和地层划分。本发明高效、经济、实用，减 少了大量的钻探、坑探工作，尤其适用于钻机难以到达的地形地质条件，结果合理有效，大 大提升了工作效率，降低了成本，为地层的岩土工程力学性质参数的确定提供了一个有效 的解决方法。
【附图说明】
[0024] 图1标准贯入击数N等值线剖面图，图中?为标准贯入试验击数;N为瑞雷横波换算 贯入击数；
[0025] 图2是本发明瑞雷面波频散曲线图，图中Η为等波速层层厚，Vs为瑞雷波波速；
[0026] 图3是本发明实验工区钻孔内剪切波波速数据表；
[0027] 图4是本发明中心测点面波频散曲线；
[0028] 图5是本发明瑞雷波法计算剪切波波速成果表；
[0029] 图6是本发明瑞雷面波深度一速度剖面图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
[0031] -种利用瑞雷面波勘探地层岩土工程力学参数的方法，具体实现包括如下步骤： [0032] a、首先，在地面上沿瑞雷面波的传播方向，以一定的道间距△ X设置Μ个检波器； [0033] b、震源激发后，在相邻检波器之间接收到的瑞雷波的时间差为△ t或相位差Δφ , 则相邻道△ X长度内瑞雷波的传播速度为：
[0034]
[0035]在满足空间采样定理的条件下，则测量范围Μ Δ X内瑞雷面波波速为：
，在同一测点测量出一系列频率心的乂^值，就 可以得到一条VR_f曲线，即所谓的频散曲线，当然，频散曲线还可以转换为Vr-Ar曲线，其中 ^?R为波长，^R = VR/f ;
[0036] c、通过对频散曲线(VR_f曲线或Vr-Ar曲线)进行反演解释，即可得到地下不同深度 的瑞雷面波波速Vr值；
[0037] d、VR值的大小与介质的物理特性有关，这是其作为岩土的物理性质评价指标的根 本原因；
[0038] e、VR与Vs(剪切波、横波)具有很好的相关性，其相关式为：
[0039] Vr = Vs · (0.87+1.12μ)/(1+μ),
[0040] 式中μ为泊松比，在场地随机选取几个位置，进行钻探，可测得不同深度的剪切波 波速数值，与使用本式计算得到的剪切波速进行对比，若存在误差则须进行校正；
[0041 ] f、国内外的大量试验研究成果表明，地基土剪切波速Vs、土层的标准贯入击数Ν之 间存在着相关关系：況 =1 Q ^ ，
[0042]式中A和B为经验系数，不同的地区和地质情况，取值不同，根据e步骤中的钻探实 测的标准贯入击数，对式中经验参数进行确定，以便通过瑞雷面波波速计算整个工区的标 准贯入击数；
[0043] g、确定地基的各种力学参数：
[0044] 动剪切模量Gd = PVs2(KPa)，其中P是密度，
[0045]