物探-浅震中新技术新方法

这类指标为岩石的Ⅲ类指标。
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Ⅲ类指标（地震参数）与Ⅰ类（岩石状态）和Ⅱ类 指标（物性参数）有着密切的相关关系，同时，这三类 指标相互间也有相关关系。
当岩石和岩土体的状态发生变化时，岩石的工程地 质性质和地震参数会发生变化，也就是说，描述岩石特 性的全部指标，以及岩体内弹性波传播的地震参数是相 互联系的。这样，可以用某种方法确定任何两种指标的 关系式（经验公式），根据一种比较容易测定的指标， 估算另一种在岩石天然产状条件下难以测定的指标。
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Ⅲ类指标（动力学参数） 岩石的动力学（地震）参数，是通过地震方法可以在
原位测量的天然状态下的参数，包括纵波传播速度、横波 传播速度、地面瑞利面波传播速度、动弹性模量、动态泊 松比、纵波与横波的吸收系数等，它们可表示为：
Vp：纵波传播速度； Vs：横波传播速度； VR：瑞利面波传播速度； Em：动弹性模量； σ ：动态泊松系数； αp、αs：纵波与横波的吸收系数。
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1. 利用波速确定地基土的物理力学参数
与岩体参数不同，地基土的动力学参数对建 筑工程设计是非常重要的，特别是动力基础和建 筑物抗震设计。主要计算的指标有Em、σ、Gm、 Km等，土体无需转换成静力学参数。
动力学参数中σ、Gm对动力基础设计尤为重要
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2. 地基土速度分层 地基土的速度分层主要根据实测的Vp、
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（7） 岩石（体）动参数与静参数的关系
Em（103Mpa）
回归的经验公式：
Es 0.35Em1.141
Es（102Mpa） 34
中科院地质所采用：
Es
0 .25
E 1.3 m
Es
0 .25
E 1.7 m
Es
0 .25
E
2 .0 m
适合完整岩石或岩体 适合裂隙发育和破碎岩体 适合破碎充水的岩体
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（1）岩石的速度与密度 渤海地区地层密度与速度的关系（陈继松，1982）：
新生界地层密度：ρ=1.66+0.181Vp 中生界地层密度：ρ=1.85+0.156Vp
在沉积岩中波速与岩石密度的关系（北美）：
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（2）岩石的速度与孔隙度
1 (1)
V
Vm
Vf
（3）岩石的速度与含水量
Vpw
Vp0
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动静转换经验公式有地域性和岩性差别，实际工作 中最好自己建立。（以下为我们自己建立的关系）
黄河上游公伯峡水电站花岗岩： 黄河上游李家峡水电站前震旦片岩：
Es 43.06e1.347103Vp E0 8.4e3.029103Vs Es 196.48e9.77104Vp E0 25.85e1.24103Vp
并对岩体进行稳定性评价，以及测定岩土力学参数。
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一、波速测试方法
1. 横波的激发
由于横波的振动方向与波的传播方向是垂直的，因 此，激发和接收方式的选择就显得非常重要。为了突出横 波，必须使检波器最大灵敏方向和波的振动方向相一致。 由于横波的速度总是小于纵波，所以横波总是在纵波到达 之后到达。为了便于接收和识别横波，横波震源的振动必 须具有明显的方向性，并在记录中应尽量使纵波和其他干 扰波的能量减少，而使横波的能量增强。
用于激发和接收SH横波，这种方法的优点是装置简单、工作方便；弱点是激 发能量小、传播距离短，探测深度、范围都不大。一般说来，在50m左右深 度范围内进行横波地震勘探或者横波速度测井用敲板法即可。
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（2）弹簧激振法 这是一种用人力或简单的机械拉开弹簧到一定的距离，在弹簧
上安装一个小球，当放开弹簧时，弹簧的恢复力就带动滚动的铁球 冲击木板，以此作为震源。这种方法的冲击力可达敲板法的10倍， 而且波形记录的重现性比较好，探测深度和范围比敲板法大。
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第一节 纵、横波速测试技术及应用
完整的地震勘探应当是包括纵波和横波的多波勘探
因为横波的激发、接收和识别在技术上要复杂得多, 所以地震勘探中所利用的主要是纵波，对横波的利 用比较少。
横波研究和应用有重要的意义：
工程地质勘察中，横波探测可以对第四系覆盖
层进行更详细的分层，利用横波速度可以划分岩体
大家好
1
第三章 浅震中的新技术新方法
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本章要求
1. 掌握纵、横波速测试技术在岩土工程勘察和岩土体 质量评价中的应用；
2. 了解岩体动力学参数和静力学参数之间的相互关系 3. 了解地震波层析技术、垂直地震剖面法和地脉动观
测等工作方法； 4. 掌握桩基无损检测主要检测方法的原理、资料解释
和计算。
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近年来，浅层地震方法技术得到了迅速发展。首先， 勘探方式的变化导出了一些新的勘探方法，由单纯接收纵 波扩展为接收横波和面波，形成了横波勘探和面波勘探； 其次，由于不断地从其他学科吸收最新的技术、方法，从 而使勘查技术发生了巨大的变化，其中在反演中借鉴医学 CT技术出现的地震层析技术最具代表性；此外，根据工 程建设的特殊需要发展了一些相应的新方法技术，比如欲 了解地基及建筑物的振动特性，为抗震防震提供重要参数 的常时微动技术等等。
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单孔法需校正为垂直时间（斜距校正）
t1
H1
L2
H
2 1
• ts1
t2
H2
L2
H
2 2
• ts2
H1
H2
则：
V1,2
H2 t2
H1 t1
L S1
S2
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跨孔法直接计算
VL t
激
检
发 锤
L
波 器
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测试结果
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3．横波的识别
在横波勘探中。尽管采用了横波激发震源， 但地震记录中不可避免地还存在着纵波和其它 干扰波。怎样从横波地震记录中识别横波或者 说怎样从中区分出纵波和横波，一般可从以下 几个特征来进行识别。
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需要注意的是，天然状态下，岩体的一些工程地质 指标和地震参数的变化不是单一对应的。如在岩石应力 状态变化的同时，岩石裂隙度或裂缝充填物的成分和数 量均可能发生变化；另一方面，岩石中纵波传播速度的 变化有可能与岩石物性、孔隙充填物性质等多种因素有 关，对付这种多解性的办法是采用多参数求解，如纵波 和横波传播速度的同时测定和反演，甚至于利用非地震 的地球物理参数共同求解。
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（3）跨孔锤法
这是在钻孔内进行横波激发 的一种方式。其原理是将一种特 殊的机械震源装置-----跨孔锤置 入钻孔之后，再用液压的办法使 其中的液压紧锁板伸向井壁，将 跨孔锤固定在钻孔的某一深度上 再用小绞车把锤拉起或下落。从 而产生锤击激发的效果。锤击的 方向可以向上或向下．以产生两 个相位相反的横波，以便于识别
Ls
Vp石2 - Vp体2 Vp石2
风化系数
Vp新 Vp风
Vp新
各向异性系数
rV V//
衰减系数
1 lnA1
x2 x1 A2
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岩体质量分级
按现行标准（GB50218-94）
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Kw Es(Mpa)
σ Ls
>0.75 >33 <0.2 <0.25
0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15
黄河流域和金沙江流域综合（R=0.9）： lgEs 3.396l4gVp 8.2588
lgE0 3.748l6gVp9.8142
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（二）弹性波速在土体方面的应用
弹性波在土体介质评价中的应用主要偏重于横波速度Vs 值。对于建筑场地勘察中有以下六个方面的应用：
按波速值对地基土分层； 提出各类地基土的波速范围值； 计算各类地基土的动力学参数； 对波速较低的软弱层（饱和粉质粘土、粉细砂地层） 分析液化的可能性； 根据Vs值计算场地卓越周期； 划分场地土类别和场地类别
33～20
20～6
6～1.3
0.2～0.25 0.25～0.3 0.3～0.35
0.25～0.50 0.50～0.65 0.65～0.80
Ⅴ <0.15 <1.3 >0.35 >0.80
风化程度 β
新鲜 <0.1
微风化
弱风化
强风化
全风化
0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～0.75 >0.75
1w
式中：Vpw为湿岩样p波速；Vpo为干岩样p波速
w岩石湿度；α为经验常数（砂岩0.0379）
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（4）岩石的速度与孔隙中含泥量的关系 针对砂岩所做的回归方程：
Vp 5.596.932.18C Vs 3.524.911.89C
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（5）岩石的速度与抗压强度的关系
单轴抗压强度的估算：
p V 3
Vs值，在分层时应注意地下水对Vp值的影响， 如果不含水地层的Vp＜1500m/s，则含水后对 Vp的影响较大，此时应充分考虑剪切波Vs值。
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根据有关资料介绍，可利用纵、横波 的速度比Vp/Vs来粗略划分岩土的特性
1 Vp 3 时 a. Vp较高时，为未风化的基岩
Vs
b. Vp较低时，表示为砂或卵砾石
a. Vp较低时，为水位以上的粘土
2 Vp 3 时
Vs
b. Vp≈1500m/s，表示为水位以
下的软粘土
Байду номын сангаас40
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工程地质研究的是岩石的状态和力学性质。所谓岩石 状态，是指岩石风化度、孔隙度、裂隙度、作用于岩体内 的应力值、湿度或充水量，以及孔隙和裂缝填充物的成分 和数量；岩石的力学性质包括动、静力学性质。
这些决定岩石物理力学性质的各种因素可以定量表示。
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通常采用如下一些参数：
Ⅰ类指标（状态参数） n：孔隙度； nf：裂缝和裂隙度； Mn：孔隙和裂缝充填物的种类（空气、水、亚粘土等） σ：应力状态，即作用于岩体内的应力值； w：湿度（充水量）。 上述指标归为Ⅰ类指标。直接测量这些指标难度是很大