CN109541690A - 一种浅层介质结构面松散程度评价方法 - Google Patents

一种浅层介质结构面松散程度评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及地质检测方法技术领域，具体地指一种浅层介质结构面松散程度评价方法。包括以下步骤：1)、沿检测或勘察的介质表面布置测点；2)、逐点激发采集每个测点处的直达波和反射波信号；3)、对信号进行数据处理，获得测点处的直达波速度和反射波速度；4)、按照如下公式计算该测点处介质结构面速度系数；其中：Cv——结构面速度系数；Vf——反射波速度；Vz——直达波速度；当结构面速度系数Cv小于a时，认为该测点处的介质为松散结构，当结构面速度系数Cv大于或等于a时，认为该测点处的介质为密实结构。本发明的评价方法对工程应用有直接指导意义，填补了已知介质结构面松散程度无损检测该领域的空白。

Description

一种浅层介质结构面松散程度评价方法
技术领域
本发明涉及地质检测方法技术领域，具体地指一种浅层介质结构面松散程度评价方法。
背景技术
结构面检测(structure surface detection)，工程建设中，通常出现大量固定构建的安装，随着工程项目的运营使用，结构会出现不同的变形、脱落等病害，所以需要定期对结构面进行病害检测。结构面检测的内容主要有脱空检测、变形检测等，采用手段主要采用地质雷达法进行检测。
地震反射波法(Seismic Reflection Method)，利用地震反射波进行人工地震勘探的方法，是资源勘探的首要手段，勘探结果能较准确地确定界面的深度和形态，圈定局部构造，判断地层岩性。主要采用单道连续剖面法和多道连续剖面法两种，而为了提高信噪比，在多道连续剖面法中还广泛采用共深点反射技术。获得采集数据后，通过特殊处理流程获得地层反射波剖面，综合相关资料进行解释最终获得地层属性特征。
结构面检测技术中地质松散度是反映地质结构情况的重要参数，当前针对松散度检测主要是依靠地质雷达法进行检测，如专利号为“CN10564188A”的名为“基于探地雷达成套设备的路面结构内部质量状况评价方法”的中国发明专利，该专利介绍了一种通过地质雷达法探测路面结构内部对其进行状况评价的方法，该方法中针对地质松散度的检测是通过雷达反射波振的大小、波形散乱现象程度来进行判断，这种方法比较简单，但是实际上这种方法需要采用专利的设备，而且这种方法只能大致判断疏松程度，并不能对其量化，缺少评价参数标准，难以进行大范围的推广。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术中现有松散度测量方法存在缺少量化手段、无法精确评判的问题，提供一种浅层介质结构面松散程度评价方法。
本发明的技术方案为：一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、沿检测或勘察的介质表面布置测点；
2)、逐点激发采集每个测点处的直达波和反射波信号；
3)、对信号进行数据处理，获得测点处的直达波速度和反射波速度；
4)、按照如下公式计算该测点处介质结构面速度系数；
其中：Cv——结构面速度系数；
Vf——反射波速度；
Vz——直达波速度；
当结构面速度系数Cv小于a时，认为该测点处的介质为松散结构，当结构面速度系数Cv大于或等于a时，认为该测点处的介质为密实结构。
进一步的所述的步骤1)中，按照地震反射波多次覆盖原理，在待检测或待勘察的介质表面沿线性布置测点。
进一步的所述的步骤2)中，每个测点在采集数据时，每个测点上激发一次机械波信号，每个测点上设置有多个传感器接受激发的信号，逐个测点依次进行，直至完成所有测点激发。
进一步的所述的步骤3)中，数据处理的方法，通过带通滤波器对获取数据进行处理，去除数据中的零飘和野值。
进一步的所述的步骤3)中，获得测点处的直达波速度的方法为，拾取直达波起跳时间(直达波到达时间)，对拾取的直达波时间散点(每一个传感器记录的振动波形记录，拾取直达波到达时间。这个到达时间，在以距离为横轴，时间为纵轴的坐标系里，就是一系列的近似直线的离散点)，采用直线方程进行拟合，以激发点到接收点的距离即炮检距为自变量，直达波起跳时间为因变量，拟合的直线斜率即为直达波速度。
进一步的所述的步骤3)中，获得测点处的反射波速度的方法为，对已知深度的浅层介质界面，根据直达波速度设定速度范围，在该范围选取速度值计算该速度值下的反射波时距曲线(时距曲线(time distance curve)是指地震波到达地面各检波点的时间与震源点到各检波点的距离之间的关系曲线)，计算时距曲线与炮集记录(一点激发，多道传感器接收的振动记录)的最佳拟合即为反射波速度。
进一步的所述的速度范围的设定方法为：根据直达波速度Vz划定速度范围为[1/2Vz，2/3Vz]。
进一步的反射波时距曲线与炮集记录的最佳拟合方法为：以时距曲线为基础，设定时间窗口，将该时间窗口内的炮集记录振幅值积分求和，最大振幅能量对应的速度即为最佳拟合反射速度。
进一步的所述的时间窗口为15～30us。
进一步的所述的a的取值为0.5≤a≤0.9。
本发明的评价方法在无需对现有设备进行改变的情况下，通过对地震反射波法获取的数据进行特定流程数据处理，获得浅层地质介质已知界面的松散程度分布情况，对工程应用有直接指导意义，填补了已知介质结构面松散程度无损检测该领域的空白。
附图说明
图1：高铁无碴轨道板超声波检测测线布置图；
图2：超声波共炮点道集原始记录；
图3：超声波共炮点道集预处理记录；
图4：超声波共炮点道集直达反射拾取记录。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
对某高铁轨道板结构离缝进行检测，使用超声波反射法进行检测，沿着轨道横向方向间隔布置多条测线，每条测线沿轨道纵向布置，每条测线包括多个测点，如图1所示，为本实施例的测点布置结构。每条测线均匀布置测点，相邻测点之间的间距为0.2m，每个测点都进行数据采集测量时，将带有超声换能器的装置放置在测点上，激发超声换能器，超声波的频率为30KHz，装置上设置有11个接受传感器，相邻传感器之间间隔0.03m，每个传感器都接受到激发的超声波信号，然后收集处理。
每个测点采集得到一个共炮点道集，采集获得原始数据如图2所示。对原始记录进行带通滤波处理，去零飘处理，去野值处理，得到如图3所示的记录。对预处理记录拾取波形起跳点得到初至曲线，如图4中的曲线1，通过线性拟合得到该曲线的斜率为0.000336，求倒数即可得到直达波速度Vz为2980m/s。
以Vz为中心，划定速度范围[Vz*1/2，Vz*3/2](即[1490，4470])，以dv＝Vz/100＝29.8m/s为间隔，计算Vi＝Vz*1/2+dv*i＝1490+29.8*i(i为该速度范围内按固定间隔取值序号，0≤i＜100，Vi为i对应的速度值)。根据已知结构面的层厚度D，计算速度Vi对应的时距曲线Si，以Si为中心，划定长度为20us的时间窗口，如图4中曲线2和曲线3所围成的窗口范围。
对该窗口范围内炮集记录振幅绝对值进行积分求和，得到该速度Vi所对应的能量Ei。搜索所有能量值最大的Emax所对应的速度Vi，即为该层结构对应的最佳反射速度Vf＝2920.4m/s。
计算k＝Vf/Vz＝0.98，并进一步计算结构面速度系数Cv＝1-|k-1|＝0.02。该测点处的结构面速度系数小于0.9，本实施例中a根据经验取值0.9，则证明该测点处的介质为松散状态，通过观察轨道板上的离缝分布情况，该测点处的轨道板出现离缝情况在，证明因为轨道板下方介质为松散状态，轨道板由于下方受力不均匀，松散介质难以提供足够的支撑作用力，因此出现离缝，证明本实施例的测量评价方法是准确的。
对轨道板检测范围内，所有的测点计算结构面速度系数Cv，当结构面速度系数Cv小于0.9时，认为该测点处的介质为松散结构，当结构面速度系数Cv大于或等于0.9时，认为该测点处的介质为密实结构，并综合成图，可以清晰的得到轨道板检测情况的松散度示意图。通过松散度示意图能够清晰的获得轨道板下方介质的松散情况，为轨道板后期维修提供良好的指导意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、沿检测或勘察的介质表面布置测点；
2)、逐点激发采集每个测点处的直达波和反射波信号；
3)、对信号进行数据处理，获得测点处的直达波速度和反射波速度；
4)、按照如下公式计算该测点处介质结构面速度系数；
其中：Cv——结构面速度系数；
Vf——反射波速度；
Vz——直达波速度；
当结构面速度系数Cv小于a时，认为该测点处的介质为松散结构，当结构面速度系数Cv大于或等于a时，认为该测点处的介质为密实结构。
2.如权利要求1所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的步骤1)中，按照地震反射波多次覆盖原理，在待检测或待勘察的介质表面沿线性布置测点。
3.如权利要求1所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的步骤2)中，每个测点在采集数据时，每个测点上激发一次机械波信号，每个测点上设置有多个传感器接受激发的信号，逐个测点依次进行，直至完成所有测点激发。
4.如权利要求1所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的步骤3)中，数据处理的方法，通过带通滤波器对获取数据进行处理，去除数据中的零飘和野值。
5.如权利要求1所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的步骤3)中，获得测点处的直达波速度的方法为，拾取直达波起跳时间，对拾取的直达波时间散点，采用直线方程进行拟合，以炮检距为自变量，直达波起跳时间为因变量，拟合的直线斜率即为直达波速度。
6.如权利要求1所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的步骤3)中，获得测点处的反射波速度的方法为，对已知深度的浅层介质界面，根据直达波速度设定速度范围，在该范围选取速度值计算该速度值下的反射波时距曲线，计算反射波时距曲线与炮集记录的最佳拟合即为反射波速度。
7.如权利要求6所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的速度范围的设定方法为：根据直达波速度Vz划定速度范围为[1/2Vz，2/3Vz]。
8.如权利要求6所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：反射波时距曲线与炮集记录的最佳拟合方法为：以时距曲线为基础，设定时间窗口，将该时间窗口内的炮集记录振幅值积分求和，最大振幅能量对应的速度即为最佳拟合反射速度。
9.如权利要求8所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的时间窗口为15～30us。
10.如权利要求1所述的一种浅层介质结构面松散程度评价方法，其特征在于：所述的a的取值为0.5≤a≤0.9。
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