基本介紹
- 中文名：表面波試驗
- 外文名：surface wave test
- 學科：土力學
- 目的：測定淺層土剪下波速度
- 激振方式：穩態振動法和表面波頻譜分析法
- 特點：效率高、成本低
簡介,表面波譜法,有關術語,
簡介
表面波法是一種新的淺層地球物理勘探方法。它利用瑞利波的頻散特性及其傳播速度與地基土物理力學性質的相關性來解決諸多工程問題，既是一種勘探手段，又是一種測試方法。同傳統的勘探測試方法相比，它無需鑽孔,具有方便快捷、效率高、成本低等優點，被廣泛地套用於岩土工程界 。該法主要用於定性地評價地基土，在定量確定地基土物理力學強度指標方面的研究。表面波法不但可以對沖積土地基進行有效分層，還可以定量地評價地基土的力學強度指標，實現表面波法代替傳統勘探方法的目的。
穩態法是用激振器激發信號產生Rayleigh波，每次產生固定頻率的簡諧波，通過不斷的調整激振器來得到不同頻率的Rayleigh波。在一定的激振頻率下，計算Rayleigh波的相速度，雖然能夠得到較低的頻率，而達到較大的探測深度，但要獲得一定範圍內的Rayleigh波頻散曲線，必須不斷改變激振器的頻率才能獲得。
表面波譜法
表面波譜法涉及的問題可歸納為以下四個方面： Rayleigh面波感測器通道間信號的採集和處理；實測Rayleigh波頻散曲線的提取；Rayleigh波正演理論利用和發展；基於Rayleigh波正演理論和反演理論，利用實測Rayleigh波頻散曲線反演得到介質具體參數和相關信息。20世紀50年代初，人們就在層狀介質中發現了Rayleigh班面波具有頻散特性，Haskellen首先用矩陣的方法計算了層狀介質中Rayleigh面波頻散曲線叫自此之後人們開展了一系列的對自然地震記錄數據和人工地震波數據中的民Rayleigh波分析和研究，從而利用其頻散特性進行地球內部結構勘探或者工程勘察方面的探索工作。在實際工程的套用中，Rayleigh表面波測試主要分為瞬態法和穩態法，兩種方法主要區分在激發方式的不同，瞬態法主要激發方式是重鍵、落鍵和力煙等瞬態振源，穩態法主要激發方式是能產生穩定振動頻率的穩態振源。1960年Hoykallen等人利用穩態振源激發產生的正弦波信號探測公路斷面並分析斷面地層的剪下波速分布情況，這是首次套用穩態法進行地層勘探。
有關術語
瑞雷波
1885年L.J.W.S.Rayleigh從理論計算中發現的一種面波。瑞雷波波速比樂甫波慢。它所引起的質點運動軌跡為垂直平面中的逆進橢圓，其地震動的最大水平位移大致是其最大垂直位移的0.68倍，且比最大垂直位移早到場地。遠震產生的地震動中瑞雷波影響較大。瑞雷波是地震波中彈性面波的一種，沿自由表面傳播，在近地表的淺部其質點的振動軌跡為逆時針的橢圓，橢圓的長短軸之比為3：2。基本特性有：
1、地層瑞雷波相速度與橫波速度相近。可以利用瑞雷波的波速來求取橫波波速，進而計算岩土層的各種力學參數。
2、振幅隨深度按指數衰減，影響深度約為一個波長，其能量主要集中在半個波長範圍內，故某個波長相速度基本上等於半個波長內各地層的橫波相速度加權平均值。
3、瑞雷波在不均勻的介質中傳播時發生頻散現象。體波在傳播過程中是以極化群形式出現，不發生頻散現象，這一特性是提取瑞雷波信號的先決條件。
剪下波
又稱S波、橫波。傳播時介質質點振動方向與波的前進方向相垂直的體波。它是使介質呈剪下狀態的波動，因此只能在地球內部固體部分中傳播。由於斷層錯動所激發的地震波能量中S波比P波大，而且一般建(構)築物的抗側力能力較弱，所以S波往往是造成工程結構破壞的主要原因之一。常用的原位測試方法有利用直達表面波的地表穩態振動法和利用直達剪下波的鑽孔測速法。
剪下波速是指震動橫波在土內的傳播速度，單位是m/s。可通過人為激震的方法產生震動波，在相隔一定距離處記錄振動信號到達時間，以確定橫波在土內的傳播速度。測試方法一般有單孔法、跨孔法等。剪下波速是抗震區確定場地土類別的主要依據。
