CN104502951B - 瑞雷波路基探测空洞三维定位法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瑞雷波路基探测空洞三维定位法，1）在路基探测现场布置N条瑞雷波观测测线，得到N幅波速剖面图；2）通过N幅波速剖面图初步确定为空洞的边界A、B；3）用最小二乘法拟合直线算法得到上顶点S依次相连对应的直线y；4）在直线y上布置一条瑞雷波观测测线，准确确定空洞边界A、B点；5）布置垂直于直线y的M条瑞雷波观测测线，得到对应的M幅波速剖面图；6）将M个波速剖面图的上下左右顶点顺序相连，最终得到反映空洞空间位置和大小的三维图。本方法能够得到路基空洞三维结构，不仅能够估计出空洞的位置，还能够预测出空洞的大小，从而能够获取空洞整体状况。

Description

瑞雷波路基探测空洞三维定位法

技术领域

本发明涉及路基空洞探测，具体涉及一种瑞雷波路基探测空洞三维定位法，属于空洞探测技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的发展和综合国力的增强，我国的铁路、公路、建筑等建设工程项目也迅猛发展，大量的工程建设场地跨越含有地下空洞的区域，如岩溶洞穴、煤矿釆空区、淘蚀土洞、涵管等。地下空洞的存在，会使建筑物基础悬空，路基承载力不足而造成塌陷，引发严重的地质灾害问题。因此，检测与勘探工程场地的地下空洞对工程质量和安全有着很重要的意义。

对含有地下空洞的工程场地的勘测通常是大范围、大面积的岩土工程地质勘查，常规的地质勘探不能满足工程测试的需要，急需要一种快速有效、经济适用的勘测方法，而瞬态瑞雷面波勘探方法适用于这一工程需求。瞬态瑞雷面波勘测具有分辨率高、应用范围广、受场地影响小、勘测设备简单、勘测速度快等优点，能够胜任大面积场地地下空洞勘测工程的需求。

瞬态瑞雷波法是近年来发展起来的一种新的弹性波技术，具有以下三个特性：在分层介质中，瞬态瑞雷面波具有频散特性；瞬态瑞雷面波的波长不同，穿透深度也不同；瞬态瑞雷面波传播速度与介质的物理力学性质密切相关。与常规的弹性波勘查方法相比，瞬态瑞雷波法具有纵向分辨率高、应用范围广、勘查速度快及经济实用等优点，因此广泛应用于岩土工程勘察、灾害地质调查和地下空洞的勘测中。

现有技术在勘测空洞时，通常会布置一条瑞雷面波观测测线，该瑞雷面波观测测线由位于同一直线上的若干等距离的检波器排列构成，该瑞雷面波观测测线两端布置震源，通过震源发出震动信号，震动信号传递到各个检波器时检波器采集并输出相应的数据，然后进行数据处理求得H-V之间的关系图，最后由此关系图画出波速剖面图。虽然由此剖面图可以看出地下空洞的位置，但该波速剖面图为二维的，仅仅能够反映某个竖向截面的空洞状况，无法估计出整个空洞的大小和空间位置。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种瑞雷波路基探测空洞三维定位法，本方法能够得到路基空洞三维结构，不仅能够估计出空洞的位置，还能够预测出空洞的大小，从而能够获取空洞整体状况。

本发明的技术方案是这样实现的：

瑞雷波路基探测空洞三维定位法，其特征在于，步骤如下，

1）在路基探测现场均匀布置N条瑞雷波观测测线，分别为x₁、x₂、x₃、…、x_N，得到每条瑞雷波观测测线的二维波速剖面图；

2）如果第x_i条瑞雷波观测测线之前的瑞雷波观测测线对应的二维波速剖面图没有空洞图像，第x_j条瑞雷波观测测线之后的瑞雷波观测测线对应的二维波速剖面图没有空洞图像，其中i<j，则将第x_i-1条瑞雷波观测测线、第x_j+1条瑞雷波观测测线所在位置初步确定为空洞的边界A、B；

3）将x_i、x_i+1、…、x_j-2、x_j-1、x_j测线所得二维波速剖面图内空洞的上顶点S依次相连，用最小二乘法拟合直线算法得到上顶点S依次相连对应的直线y；

4）在直线y上布置一条瑞雷波观测测线，由此得到的二维波速剖面图即可准确确定空洞边界A、B点；

5）以A点为起始点，B点为终止点，布置垂直于直线y的M条瑞雷波观测测线y₁、y₂、…、y_M；得到对应的M幅二维波速剖面图P₁、P₂、…、P_M-1、P_M；

6）将二维波速剖面图P_i的上下左右四个顶点设为S_i、X_i、Z_i、Y_i，分别将M个二维波速剖面图的上顶点顺序相连，下顶点顺序相连，左顶点顺序相连，右顶点顺序相连，然后将每个二维波速剖面图的四个顶点S_i、X_i、Z_i、Y_i顺序以弧线相连形成封闭结构，最终得到反映空洞空间位置和大小的三维图。

第1）步中每条瑞雷波观测测线上设置有24道检波器，检波器道间距为1m；

第5）步中每条瑞雷波观测测线上设置有24道检波器，检波器道间距为0.1m。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本方法能够得到路基空洞三维结构，不仅能够估计出空洞的位置，还能够预测出空洞的大小，从而能够获取空洞整体状况，有利于根据空洞不同大小和位置实施相应的措施。

附图说明

图1-本发明步骤1）瑞雷波观测测线布置示意图。

图2-本发明空洞边界标示示意图。

图3-本发明二维波速剖面图上下左右四个顶点示意图。

图4-本发明最后得到的三维图。

具体实施方式

为了解决由于二维波速剖面图用于空洞分析存在的不足，本发明提出增加瑞雷波观测测线的方法来得到立体的三维图，三维图比二维图的优势在于不仅能估计出空洞的位置而且能预测估计出空洞的大小，从而能够获取空洞整体状况。实际处理时，本发明在现场布置有多条瑞雷波观测测线，分别由每条瑞雷波观测测线上检波器采集到的数据得到二维波速剖面图，然后由多个二维波速剖面图组合得到三维图，从而实现空洞空间位置和大小的预测估计。

以下结合附图对本发明的具体实施方案作详细描述。

1）在路基勘测现场地表均匀布置N条瑞雷波观测测线，分别为x₁、x₂、x₃、…、x_N，见图1，每条测线上设置24道检波器1，道间距为1m；标记2为存在的空洞。得到每条瑞雷波观测测线的二维波速剖面图。

2）如果第x_i条瑞雷波观测测线之前的瑞雷波观测测线对应的二维波速剖面图没有空洞图像，第x_j条瑞雷波观测测线之后的瑞雷波观测测线对应的二维波速剖面图没有空洞图像，其中i<j，则将第x_i-1条瑞雷波观测测线、第x_j+1条瑞雷波观测测线所在位置初步确定为空洞的边界A、B；空洞的边界标示如图2所示。

3）将x_i、x_i+1、…、x_j-2、x_j-1、x_j测线所得二维波速剖面图内空洞的上顶点S（S所在位置如图3所示）依次相连，用最小二乘法拟合直线算法得到上顶点S依次相连对应的直线y。

4）在直线y上布置一条瑞雷波观测测线，由此得到的二维波速剖面图即可准确确定空洞边界A、B点。

5）以A点为起始点，B点为终止点，布置垂直于直线y的M条瑞雷波观测测线y₁、y₂、…、y_M；每条测线上设置24道检波器，道间距为0.1m。由此得到对应的M幅二维波速剖面图P₁、P₂、…、P_M-1、P_M。

6）将二维波速剖面图P_i的上下左右四个顶点设为S_i、X_i、Z_i、Y_i，见图3，分别将M个二维波速剖面图的上顶点顺序相连，下顶点顺序相连，左顶点顺序相连，右顶点顺序相连，如图4所示，然后将每个二维波速剖面图的上左、上右、下左、下右以弧线相连（即将四个顶点S_i、X_i、Z_i、Y_i顺序以平滑的弧线相连形成封闭结构），最终得到反映空洞空间位置和大小的三维图。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.瑞雷波路基探测空洞三维定位法，其特征在于，步骤如下，

1）在路基探测现场均匀布置N条瑞雷波观测测线，分别为x₁、x₂、x₃、…、x_N，得到每条瑞雷波观测测线的二维波速剖面图；

2）如果第x_i条瑞雷波观测测线之前的瑞雷波观测测线对应的二维波速剖面图没有空洞图像，第x_j条瑞雷波观测测线之后的瑞雷波观测测线对应的二维波速剖面图没有空洞图像，其中i<j，则将第x_i-1条瑞雷波观测测线、第x_j+1条瑞雷波观测测线所在位置初步确定为空洞的边界；

3）将x_i、x_i+1、…、x_j-2、x_j-1、x_j测线所得二维波速剖面图内空洞的上顶点S依次相连，用最小二乘法拟合直线算法得到上顶点S依次相连对应的直线y；

4）在直线y上布置一条瑞雷波观测测线，由此得到的二维波速剖面图即可准确确定空洞边界A、B点；

5）以A点为起始点，B点为终止点，布置垂直于直线y的M条瑞雷波观测测线y₁、y₂、…、y_M；得到对应的M幅二维波速剖面图P₁、P₂、…、P_M-1、P_M；

6）将二维波速剖面图P_i的上下左右四个顶点设为S_i、X_i、Z_i、Y_i，分别将M个二维波速剖面图的上顶点顺序相连，下顶点顺序相连，左顶点顺序相连，右顶点顺序相连，然后将每个二维波速剖面图的四个顶点S_i、Z_i、X_i、Y_i顺序以弧线相连形成封闭结构，最终得到反映空洞空间位置和大小的三维图。

2.根据权利要求1所述的瑞雷波路基探测空洞三维定位法，其特征在于：第1）步中每条瑞雷波观测测线上设置有24道检波器，检波器道间距为1m；

第5）步中每条瑞雷波观测测线上设置有24道检波器，检波器道间距为0.1m。