CN1033406C - 地盘构造的测量分析判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明把接受各个振动的垂直成分或者垂直成分与水平成分的振动传感器设置在被测地盘上的比较狭小范围内的3点以上，在各点同时测量微动，必要时改变测定点的位置重复进行，分析所测得的垂直振动数据或者垂直、水平振动数据，判断地盘的层构造及其性质等特性。因而不仅能简便、可靠又准确地进行地盘的层构造及其性质等特性的判断，而且即使在狭小的区域内也能进行地盘构造的测量。

Description

本发明涉及判断地盘构造特性的地盘构造的测量分析判断的方法。

以往，为求表面地盘的构造及其性质，要在地盘上开洞，将机器、装置等插入或配置在地盘内，而且还要有使之产生作为测量对象的波的起振源。然而，如果无须上述各项就能精确判断表层地盘的构造和性质的话，其效果将是很大的。为实现此目的，拟用对可在表层地盘观测到的微动进行测量分析来实现。但迄今为止，测量短周期微动，精确求出含S波速度的表层地盘的构造及其性质的测量技术和测量分析系统尚未找到。

而且，在以往的同时在多个点测量短周期微动以求得地盘构造的实践中存在如下问题：

1.振动传感器的间隔长，因而测量规模扩大，除需要广大的空地外，在一点联结各测定点的振动传感器进行测量分析变成困难的大规模调查，由于振动传感器的数量多，分析处理变得十分繁重，所以缺乏实用性。

2.因为不能按照提高测量精度和分离高次模式的要求来计划配置振动传感器，所测得的分散曲线的可靠性降低。

3.因为在短周期微动时P波、S波等群波和雷利波(L-リ-波)、洛夫波等表面波混合存在，无法测定和分析所检出的波是否是表面波，也就不可能确认、判断所测得的分散曲线是否是表面波的，所以不能确定地盘构造。

4.因为在短周期微动时，高次模式的表面波混在其中，如果没有将其除去或分离的措施，就不能确定正确的表面波分散曲线，也就不能得到表层地盘构造。

5.因为不能在现场实时地求得已测定的分散曲线，在测量时也就没有判断测量能否精确进行的手段。

本发明鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种通过在地表同时观测分析短周期微动，能迅速，简便精确地判断地盘层的构造及其性质，而且即使在狭小的场地内也能测量地盘构造的地盘构造测量分析判断方法。

本发明的另一目的是提供一种即使没有钻出的洞和起振源，也能判断地盘构造的地盘构造测量分析判断方法。

本发明再一目的是提供一种通过将振动传感器配置得间距尽可能相等，使振动传感器现场设置容易，由于在不同方向，振动传感器间距离相同，使测量分析的精度提高的地盘构造测量分析判断方法。

本发明又一目的是提供一种由于只抽出表面波，能精确判断地盘的层结构及其性质的地盘构造的测量分析判断方法。

本发明又一目的是提供一种通过归纳分析振动传感器间距离不同的结果，将多模式的表面波分离，使判断地盘构造的精确度提高的地盘构造的测量分析判断方法。

本发明又一目的是提供一种能实时地简便而准确地判断地盘构造及其性质的地盘构造的测量分析判断方法。

在本发明中，雷利波等表面波在水平的多层构造的地盘层内传播时，相位速度(传播速度)随波长而变化(分散性)，在保持相同距离的振动传感器间，把在不同方向求得的波形的互相关系数进行平均后，能计算视在相位速度，此视在相位速度由于高次模式的影响，而随振动传感器间的距离而变化，而且随着振动的传播，检测出地盘表面粒子运动的水平成分和垂直成分再合成，描绘出地表面粒子运动的旋转轨迹，利用在短周期微动时混合存在含包表面波等表面波的特性，使用这样一种简单的小型的测量系统，即它是在比较狭小的范围内，按各传感器等距地配置有三个以上的振动传感器，在各个点同时测量短周期微动，通过改变振动传感器间的距离，重复分析所测得的数据，以便求出作为判断地盘的层结构及其性质等特性的基础的表面波分散曲线，本发明提供了这样一种测量、分析、判断方法，它具有如下的特征，即，利用上述特点求出在被测量地盘的测量地点的表面波分散曲线，通过对表面波分散曲线的逆分析，推算出地盘的S波速度，从而判断地盘的层构造及其性质，把接受各个振动的垂直成分或者垂直与水平成分的振动传感器设置在被测地盘的比较狭小范围内的3点以上，在各点同时测量微动，在必要时改变测定点的位置适当地重复进行，分析所测得的垂直振动数据或者垂直水平振动数据，判断地盘的层构造、性质。

其特征是，测量对象的上述微动，就是在地盘表面上观测到的短周期微动。

其特征是，将每两个振动传感器设置在通过被测地盘按360度方位均等偶数分割成的两条以上的直线上或者与其平行的直线上，同时在上述各直线上，将振动传感器全都设置成一定的距离。

其特征是，将振动传感器等间隔地配置在圆周上的3点以上、或者配置在该3点再加上中心的1点的4点以上，权利要求1记载的发明是把振动传感器配置在正三角形各顶点的3点上或者配置在各顶点与重心的1点上。

其特征是，分析用振动传感器同时检测出的垂直振动数据或者垂直振动数据与水平振动数据，判断振动传感器所接收到的波是振动波还是表面波，通过抽出、分析表面波，判断地盘的层构造及其性质。

其特征是，对用距离相等的各振动传感器测得的振动数据的各频率数中的互相关系数、相位差进行分析，同时对传感器间距离不同的配置条件也分别一一进行分析，按照由上述各种分析得到的结果，在分析计算出表面波的基本模式的同时，根据需要分析计算出高次模式的波长，判断地盘的层构造、性质等特性。

其特征是在判断可以求出能十分精确地判断地盘构造的相位速度和波长关系之前，继续进行微动的测量和分析。

而且，本发明的方法，如上所述，将接受各个振动的垂直成分或者垂直成分与水平成分的振动传感器设置在被测地盘的比较狭小范围内的3点以上，在各点同时测量微动，在必要时变化测定点的位置相应地重复进行，分析所测得的垂直振动数据或者垂直、水平振动数据，判断地盘的层构造、性质等特性，由于用接近振动传感器的观测网来测量微动，不仅提高了判断表层地盘构造的精度，而且能在现场建立起迅速测量、分析、判断的系统，从而能够简便、准确、高精度地进行地盘的层构造及其性质等特性的分析、判断。

本发明的方法是把能在地表面简单测量的短周期微动作为对象，因为无需在地盘上开洞，不必插入测试装置，也不必利用振动的起振源，所以在任何地方都能简单地进行地盘构造的测量、分析、判断。

因为作为测量必要手段的振动传感器可装置在比较狭小的范围内，所以使测量变得容易，而且即使在狭小的区域内也能够进行测定。

分析垂直、水平振动的数据，描绘出因振动传播而产生的地表面的粒子旋转轨迹，由于确认所测量的波是表面波，在进行分析判断时，能区别P波、S波，当判知接受的确是表面波，就能正确地进行分析、判断。

按照相互间距离一定来设置振动传感器，通过改变其距离重复进行测量，以便能把高次模式的表面波从基本模式的表面波中分离出来，从而能够高精度地求得分散曲线和波长的关系。这时之所以能够确认，是借助用计算机制成分析系统。

在能非常精确地判断地盘构造前，继续自动地进行微动的测量，测量信号的放大和测量、分析、判断，以便实时地简便而且准确地求得分散曲线和波长的关系，使确认能否判断地盘构造，在那种场合成为可能。

本发明是把接受各个振动的垂直成分或者垂直、水平成分的振动传感器设置在被测地盘上的比较狭小范围内的3点以上，同时测量各点的微动，必要时改变测定点的位置，适当地重复进行，分析测得的垂直振动数据或者垂直、水平振动数据，判断地盘的层构造及其性质等特性，因而得到不但能对地盘的层构造及其性质等特性简便、可靠又准确地进行判断，而且即使在狭小的区域内也能进行地盘构造的测量这样的效果。

因为在地盘表面上观测到的测量对象的上述微动是短周期微动，有上述发明的效果，也得到只用简单的测量系统，即使没有钻孔和起振源等，也能判断地盘的层构造及其性质等特性的效果。

由于把每两个振动传感器配置在通过被测地盘按360度的方位均等偶数分割的二条以上的直线上或者与其平行的直线上，同时在各直线上将振动传感器间的距离使之完全相等的设置，有前述发明的效果，不但振动传感器容易在现场设置，而且因为利用振动传感器间的距离在不同的方向是相同的，取得了测量分析精度提高的效果。

因为对用振动传感器同时检测出的垂直振动数据或者垂直振动数据与水平振动数据进行分析，通过判断振动传感器接受的振动波是否是表面波，并将表面波抽出、分析，来判断地盘的层构造、性质等，求得正确的分散曲线，其结果是获得了提高地盘的层构造和性质的判断精度的效果。

因为对用距离相等的各振动传感器测得的振动数据的各频率数中的互相关系数、相位差进行分析，同时在传感器配置得距离不同的条件下分别进行该分析，按照各分析所得到的结果，分析计算出表面波的基本模式，同时在必要时分析计算出高次模式的波长，来判断地盘的层构造、性质等特性，有前述发明的效果，能够分离出以往难以分离的高次模式的表面波，这就取得了使地盘的层构造的判断精度更进一步提高的效果。

因为在判断可以求出能用以精确判断地盘构造这样的相位速度和波长前继续进行微动的测量和微动的分析，因而取得了能实时地简便、迅速而且准确地判断地盘的层构造及其性质的效果。

图1是本发明方法的一个实施例的振动传感器的配置图；

图2是图1这样配置的测理、分析、判断系统的构成图；

图3、图4是说明上述例的分析判断过程的程序方框图；

图5是上例中求得的理论的和实测的分散曲线的说明图；

图6是根据上例的弹性波动论逆分析得到的地盘构造特性图；

图7(a)～(d)是振动传感器按其他方式配置时的例示图；

下面将按照实施例对本发明进行说明。

图1和图2示出采用本发明方法的实施例中振动传感器的配置图和系统的概略构成图，在被测地盘的地表上的一点检测出垂直成分的振动和二个方向的水平成分的振动的三个成分的振动传感器1，把各个垂直成分的振动传感器2a、2b、2c分别设置在以此点A为重心的边长均为R的正三角形各顶点B₁～B₃上。

这些振动传感器1，2a～2c是由速度计、变位计等构成，在这种配置状态下实施同时测量短周期微动。

由各振动传感器1，2a～2c输出的检测信号用图2中所示的信号放大器3放大，已放大的检测信号通过模/数变换器(接口)输入由微计算机组成的数据分析判断装置5。

数据分析判断装置5用下述的图3中所示的流程进行分析，求出暂定的分散曲线，将所求得的分散曲线示于附设的CRT6上。

下面将按照图3、图4所示的程序方框图说明测量、分析、判断的工作。

如图1所示，由A点、B₁点～B₃点的各振动传感器检测出的振动的垂直成分检出信号、水平成分检出信号用信号放大器3进行放大，再进行数/模变换后，作为分析用的振动数据，送入数据分析判断装置5(图3的(1))。

接着进行滤波处理(图3的(2))，进行包括FFT(快速付利叶变换)的频谱分析，在距离相等的振动传感器间全面观测作为对象的频率数f，求出已观测到的波的相干性，互相关系数，相位差(图3的(3))。如果有水平成分数据的话(图3的(4))，求出主波到来的方向(图3的(5))，将由振动传感器1，2a～2c测得的水平成分的数据按照波到来的方向和与其垂直的方向进行分解(图3的(6))，把在与主波到来方向平行的面内和与其垂直的面内的地表面的活动作为地表面粒子运动的旋转轨迹，求出该轨变(图3的(7))，进行主振动波是否是表面波的判断(图3的(8))，在判断为表面波的场合，进行相对于判断为表面波的频率数求出暂定的分散曲线的计算(图3的(9))。

把振动传感器2a、2b、2c作为顶点的正三角形的边长分别按50cm、1m、2m、5m、10m变化，分别对其进行这样的测量、分析、判断，或者设定多个边长R不同的正三角形，将振动传感器分别设置在各三角形的顶点，同时进行测量、分析、判断。

比较通过对边长不同的正三角形的测量而求得的暂定的分散曲线，(图4(1)-(2))，全部分散曲线的值分别相同的话，即可将其判断为最终的分散曲线(3)，如果不同的话，即可通过其差，分离出基本模式和高次模式，在对各个频率数决定最适合的情况(4)后，决定最终分散曲线。

如上所述，相对于已求得的分散曲线，根据弹性波动论的理论，进行逆分析，来判断地盘的层构造及其性质。

通过测量求得的分散曲线，如图5所示，用“O”表示，通过上述逆分析求出的地盘构造在图6中示出。图5中的实践是按图6的地盘构造，从理论上求得的分散曲线，实测值能与其很好地对应，这表明能以可信赖的精度求得地盘构造的特性。

在能判断可以求出能用以很精确地判断地盘构造的相速和波长的关系之前，借助数据分析判断装置5，通过继续自动地进行微动的测量和测定微动的分析，能够实时地简便而准确地判断地盘的层构造及其性质。

图7(a)示出把振动传感器2a～2c分别配置在正五角形的各顶点上，同时把振动传感器1配置在正五角形的重心的配置例子；图7(b)示出把振动传感器2a～2f分别配置在正六角形各顶点上的配置例子；图7(c)示出一个顶点共用，以此顶点做中心设定三组在圆周方向平均旋转45度的等腰三角形，把振动传感器1，2a～2d配置在各顶点的配置例子；图7(d)示出把圆周分成12等分，将振动传感器1，2a～2f分别配置在其中六个圆周和重心上的配置例子。

在图1的配置例中，由于把短周期微动作为对象，其边长最小是30cm，最大是30m，在图7的配置例中，圆的半径最小是20cm，最大是20m，能够把狭小的范围作为测量区域。

Claims (5)

1.一种地盘构造的测量、分析、判断方法，其特征在于，把接受各振动的垂直成分或者垂直成分与水平成分的振动传感器设置在被测地盘上的3点以上，同时测量各点的地盘短周期微动，并改变测定点的位置适当重复进行，从测得的垂直振动数据或者垂直、水平振动数据抽出表面波，并且分析各频率数中的互相关系数、相位差，基于该分析所得到的结果，分析计算出表面波的基本模式，在必要时，同时分析计算高次模式的波长，计算地盘S波速度，来判断地盘的层构造。

2.按照权利要求1所述的地盘构造的测量分析判断方法，其特征在于，分别把每两个振动传感器配置在通过被测地盘按360度方位均等偶数分割的2条以上的直线上或者与其平行的直线上，同时把振动传感器间的距离在上述各直线上完全设定成一定。

3.按照权利要求1所述的地盘构造的测量分析判断方法，其特征在于把振动传感器配置在圆周上等间隔的3点上，或者再加上该3点中心的一点，即配置在4点上。

4.按照权利要求1所述的地盘构造的测量分析判断方法，其特征在于将振动传感器配置在正多角形各顶点上或者配置在各顶点和其重心的1点上。

5.按照权利要求1至4任何一项所述的地盘构造的测量分析判断方法，其特征在于，在能判断可以求出能用以非常精确地判断地盘构造的相速和波长的关系之前，继续进行地盘微动的测量和分析。

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