多道瞬态面波法在取土场调查中的实践与分析

黄斌 周孝宇

摘 要：通过多道瞬态面波在广东省某高速公路取土场调查中的实际案例，本文分析了该方法在取土场地层划分和土石比例等方面的实用效果和存在的问题，同时，对瞬态面波法工程应用、地层划分等相关项目具有一定的参考价价值。

关键词：多道瞬态面波;取土场调查;土石比例;地层划分

0 前言

面波勘探是目前比较成熟的物探方法之一，已在工程领域广泛应用。面波分为瑞利波（R波）和拉夫波（L波），而R波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低，容易识别也易于测量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探，是一种浅层地震勘探方法。他對浅部地层分辨率较高，野外工作简单易行。

面波勘探根据其震源激震方式的不同可分为稳态法和瞬态法;在岩土工程勘探中目前多采用多道瞬态法。多道瞬态法是在地表震源瞬态冲击力作用下，在距震源一定距离处，由多道检波器接收面波信号，通过对接收到的面波进行频谱分析、相位分析，把各个频率的面波分开，可得到一条VR—f频散曲线。通过频散曲线的分析进而得到对地层结构的分析。

面波由震源向外传播，其波阵面是圆柱面，在地面激发时震源可产生不同频率面波的相速度VR，不同频率的面波速度VR的变化则反映出地下介质在垂直方向的不均匀性，同一频率的面波速度VR在水平方向的变化则反映出地质条件的横向不均匀性，面波VR直接反映了地下介质的结构和物性。

在均匀无限半空间的介质中面波可用下式表示：

（2-VR2/Vp2）2=4（（1-VR2/Vp2）（1-VR2/Vs2））1/2

上式说明自由表面的面波确实存在，并且面波沿地表的速度低于横波速度。

1 项目应用及效果分析

1.1 项目概况

本文中取土场为广东省某重点高速公路的重点工程，取土场平面面积约6.5万㎡，取土场地形高差约75 m，主要为三座山，工程地质条件复杂。由于后期开挖过程发现与之前局部钻探结果差异较大，安排进行物探结合钻探的补充勘察。本次瞬态面波法使用仪器为重庆地质仪器厂生产的DZQ型24道浅层地震仪1台，24道采集，道间距2 m～5 m，采用重锤锤击震源。

1.2 效果及评价

1.2.1 物探外业参数方案比选

经过前期试验，针对有效探测深度30 m，最终确定采用2 m道间距，5 m～10 m炮检距，双边激发采集数据进行分析比对，与已有钻孔成果和施工开挖情况综合对比，确定物探方法合理可行，探测深度和效果满足要求。

1.2.2 物探与钻孔比较，确定分层依据和各地层面波波速

根据钻孔位置的对比正演结果：

10层坡积粉质黏土层面波波速按照小于200 m/s左右进行反演，含碎石坡积土波速略高，结合波速曲线拐点和平均波速160 m/s与下覆地层进行分层;

11层残积粉质黏土面波波速小于280 m/s进行反演，结合波速曲线拐点和平均波速260 m/s与下覆地层进行分层;

12B_47t强风化熔结凝灰岩（半岩半土状）面波波速小于320 m/s左右进行反演，结合波速曲线拐点和平均波速300 m/s与下覆地层进行分层;

12B_47s强风化岩（碎块状）面波波速小于450 m/s左右进行反演，结合波速曲线拐点和平均波速450 m/s与下覆地层进行分层。

面波波速在450 m/s～600 m/s之间反演推测为碎块状强风化-中风化岩，大于600 m/s反演推测为中风化-微风化岩。

1.2.3 物探综合成果及效果分析

首先，多道瞬态面波成果能够划分出不同岩性的分界面，尤其是坡残积土和全风化岩（坚硬土状地层）与下覆的强风化-中风化岩层分界面效果较好，根据物探成果，能够明确划分出土质山体还是岩质山体为主，土层厚度划分效果较理想。

其次，根据瞬态面波波速结合分层拐点综合分析解译，划分了场地各岩土体地层的厚度，满足勘察目的。

最后，由于部分地层（如碎块状强风化岩层与下覆碎块状中风化岩层）的物理特性差异较小，物探划分地层存在一定的误差;根据面波解译成果及建议补钻钻孔位置，后续完成了在MBD8、MBD10、MBD12、MBD20、MBD22等5个面波点处布置的5个钻孔，配合物探资料进行了综合解译，提高了本次调查的准确度。

1.3 方法局限性及误差分析

由于取土场地层及土石比例划分中，钻探揭示的碎块状的强风化岩层一般划分为硬土-软石级，尤其改成分布较厚的区域对具体土石比例划分影响较大。但该层原始状态并非钻探揭示的松散碎块，而是较致密的原岩结构，且胶结较好，其物理性质（如面波波速等）与下覆的碎块状中风化岩差别不大，差异不明显，导致物探解译过程中对碎块状强风化岩和相对较坚硬的碎块状中风化岩分层较困难，此为该方法在取土场探测中的应用局限，针对该情况，选择典型的物探点进行补充钻探验证是提高物探解译准确性的好方法，钻孔结合物探的综合解译方法能够取得较好的勘察结果。

2 结语

通过工程应用实例，在采用有效合理的参数设置，确保外业数据有效的前提下，多道瞬态面波在取土场调查中的岩土层划分和土石比例界定方面能够取得较好的勘察效果，采用物探结合钻探方法有效提高勘察准确度，成果可作为设计、施工中的重要参考和依据，具备较好的技术成效及社会经济效益。

参考文献：

[1]JGJ/T 143-2017，多道瞬态面波勘察技术规程[S].

[2]马树平.多道瞬态面波技术在公路工程勘察中的应用[J].甘肃科技，2011，27（14）：50-52.

[3]李凯.面波勘探技术在工程勘察中的应用进展[J].工程地球物理学报，2011，8（1）：97-104.