港口工程勘察中多道瞬态面波方法的运用

摘要：在现代的工程勘察过程中，多道瞬态面波得到了广泛的应用。在勘察的过程中通过利用面波的传播速度和频散特性来进行土质的勘察，有效的解决了岩土工程很多方面的问题。基于此本文对港口工程勘察中多道瞬态面波方法的运用进行探讨。

关键词：港口工程；勘察；多道瞬态面波；运用

多道瞬态面波又叫做面波法，是一种比较新型的岩土勘察技术，主要是利用面波的传播速度和频散特性来对工程勘察中的一些问题进行解决。面波属于地震灾害中一种危害非常大的地震波，可以产生非常强的干扰，通过对面波的不断研究，使用各种方法来有效的降低或者消除面波的危害。在当今电子信息化技术不断的发展下，面波易经在勘察过程中得到了非常广泛的使用，并且取得了非常不错的经济效益和社会效益。

1.浅析多瞬态面波的勘勘察原理

1.1 面波的特点和概念

面波属于一种弹性波，是弹性分界面的位置受到了波的干涉时产生集中于界面附近的波动现象，面波主要有下面几个方面的特点，具体为：（1）在弹性介质表面向内部的过程中，面波的垂直和水平振幅会逐渐降低，绝大多数的能量会在波长深度的一半范围内损失掉，从而也反映出了低于波长一般深度的地层物性决定了面波波长的波速，不同的波长可以穿透的速度也是不同的。（2）在面波的传播过程中，主要是纵波和横波界面周围的复合振动质点沿着波传播方向的垂直平面进行振动，振动幅度也会随着指数函数快速的减弱。在质点振动的过程中，会顺着逆时针方向的椭圆形禁止转动，传播速度低于横波的传播速度。（3）面波在多层介质中进行传播时，有非常显著的频散特点，在顺着地面表层进场传播的过程中，大概会对表层产生一个波长深度的影响。所以水平方向上地质条件的变化情况是通过同一波长的面波体现出来的，面波的波长不同，在传播的过程中体现出来的各个深度的地质情况也是不同的。

1.2 频散曲线的用途和对其造成影响的条件

面波的频散指的是在多层介质中传播的面波的速度随着波长或者频率的改变的现象，用来对频率和面波的传播速度进行表示的曲线就叫做面波的频散曲线。频散曲线会随着地质岩土层的密实度、土层的厚度等条件的变化而变化。然后通过对频散曲线进行分析来对勘探结果进行更加客观的地质解释。

面波传播的速度是由岩土中所含有的矿物的成分、岩土体的密实度来决定的，而面波的传播速度又决定了面波频散曲线出现的变化。一般情况下在土体中，面波的传播速度受到土体含水的饱和度影响比较大，在岩体中含水饱和度对面波的传播速度影响不大。同时面波的传播速度受到介质纵波的传播速度的影响不大，而受到横波的影响比较大。在深度不断的增加的情况下，曲线的拐点会逐渐向频率较低的方向进行移动，频散曲线在层状介质中，厚度确定时，邻近介质面波传播速度的变化不会对频散曲线的形态造成影响。而对频散曲线拐点处的梯度会产生很大的影响。

1.3 在勘察过程中使用面波的原理

由于在地面表层进行传播的面波的表层厚度大约为一个波的长度，所以相同波长面波在传播过程中的传播特点，就体现出了在水平方向上地质条件的变化情况，各个深度的地质状况会通过各种长度面波的传播特性体现出来。通过顺着地面沿波的传播方向，按照特定的道间距来设置检波器，从而对规定长度范围中面波的传播长度进行检测。通过测量相同地段产生的不同频率的面波传播速度来得到频散曲线，将得到的频散曲线使用反演算的方法进行解释，从而得到在不同深度面波传播的速度值和相同深度面波传播的速度值。另外，传播介质的物理性质也会对面波的传播速度造成影响，从而来对岩土的物理性质进行评价。

2.在港口工程中使用面波法

2.1 勘察港口的岩土工程

在对港口进行勘察的过程中，可以通过对面波的频散曲线进行测量，来得到不同岩土层的弹性波的传播速度和土层厚度，在传播的过程中，岩土地层的软硬度可以通过传播速度的快慢来体现出来，进而对地层进行有效的划分，得到地层的特力层，地层中的软弱夹层可以通过低速带体现出现。使用面波勘察的方法可以更加容易的找出软弱层的具体深度和覆盖范围。

2.1.1 对地基土工程的地质情况进行分析

在对工程的地质情况进行分析的过程中，不仅可以使用测量到的面波的传播速度来对地层的软硬情况进行分析，而且也可以使用保准贯入击数、面波的传播速度、变形模量、十字板的剪切强度、地基土的承载力等物理参数来建立出完整的关系，从而对工程的地质特性进行分析和评价。

2.1.2 划分地层的情况

可以根据测的频散曲线的变化情况来对地层的情况进行划分，准确的说，面波法是根据土质的物理学性质或者介质面波传播速度的变化来对地层进行划分的，它的地层划分方法和颗粒级配及流、钻探按土的地质成因等划分方法是不同的。如果面波在邻近的介质进行传播的过程中，波速的变化程度不大，就会将其看成一层，如果传播过程中，波速出现了明显的变化，就划分成两个地层，这一点和钻探分层的方法基本上是相同的。通常情况下，面波经过的地层不同，波速的差异是比较明显的，比如当面波从比较输送的砂层进入到密实的砂层时，速度会从155m/s变化成290m/s。从较软的淤泥层进入到比较硬的粘度层是速度会从原来的85m/s逐步变化成245m/s。目前来说根据面波对地层的分辨情况，可以将地层分成松、密、软、硬四种类型。

2.2 提供出抗震设计的参考依据

场地的类型和土的种类可以根据面波勘察得到的地基土的剪切波波速值，来进行划分。从而有效的对软土地基的震陷性和砂土层的液化判别进行研究。如果饱和砂土层比较松散，在遇到振动后体积就会变小，进而被振实。如果不及时的进行排水，就会使得孔隙中水的压力提升，在持续不断的振动过程中，砂土层中空隙水的压力会和土体的可承受压力相同。此时的土层将变成液化的形态，将不具备抗剪强度。这样反映出了砂土层的密实程度和砂土层受到振动后是否变成液化状态有非常大的联系，砂土层越疏松越容易出现液化，即波的传播速度越低越容易出现液化。通过对地下水位的深浅度、饱和砂土的深度来对此饱和砂土层液化临界的波速值进行计算，如果测定的波速低于此临界值砂土层就会液化，如果波速高于临界值就不会出现液化。

2.3 评测地基的加固处理情况

在对地基加固处理效果进行评测的过程中，通过对地基加固前和加固后波速的差异情况对软土地基的加固情况进行评测。准确的分析出地基处理前后土体的物理力学性质的变化情况。另外在评价处理后场地水平方向的均匀性方面也变得更加容易。从而准确的确定出地层加固后所影响的范围和深度。此方法主要在灰土桩、碎石桩、强夯、渣土桩等复合地基的加固过程中使用。如图1所示。和传统的评测方法相比，有效的节省了物力、人力，提高了作业效率和准确度。比如图1指的是在某港口码头25万m2的堆场区使用面波技术来检查强夯质量，强夯前后波速的变化通过两条不同的频散曲线显示出来，从图中可以很容易的分析出，在5.3米的位置地质强度得到了非常大的提升。强夯影响的深度大概在9米左右。

2.4 测试岩土的物理力学参数情况

岩土介质的剪切模量、压缩模量、密度、泊松比等方面的因素都会对面波的速度造成非常大的影响。岩土层的横波速度可以利用建立的出地区性各种参数之间的关系式，并使用实测资料的反演拟合进行解释，来得到此区域相关的物理学参数。

3.结语

通过在港口勘察工程中使用多道瞬态面波的方法进行勘察，可以对工程场地进行合理地质分层，和传统的探测方法相比，更加有效的对施工场地中的软土层进行检查，对传统勘察的缺点进行了有效的弥补，另外也有效的解决了传统勘察方法在遇到砂卵石地层无法准确划分的问题。同时在港口勘察过程中使用多道瞬态面波勘察技术不仅施工投入资金小、作业效率高而且对浅层的分辨率也非常高的。是一种值得被大力推广的勘察技术。

参考文献

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