CN112230282A - 一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置及量测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置及其测量方法，该地震波装置包括测试通用系统、原位测试系统、地震源系统、检波器系统、GPS操作系统、机器语言系统及大数据处理系统，能够利用原位测试系统得到土体变形模量及承载力，利用GPS系统对围海造陆地区进行平面布置测点，地震源系统发射人工地震波，检波器系统接收地震波，通过机器语言系统读取其他系统数据并计算波速且对土层进行分类，最后绘制地下分界情况图并传输相应数据，利用大数据处理系统处理所得所有数据进行归档并计算得出沉降值。本发明提供的地震波装置及测量方法针对围海造陆地基沉降变化测量时间短、测量成本低、测量安全性高、测点布置方便，装置简单易携带进场。

Description

一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置及量测方法

技术领域

本发明涉及地震波量测沉降领域，尤其涉及一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置及量测方法。

背景技术

随着我国的经济水平的快速发展和基础建设的需求量不断增加，越来越多的大城市有了寸土寸金的概念，尤其是有天然航道航运优势的沿海城市，其日益增长的人口建筑资源配置早已与不充裕的土地有所矛盾。为解决这一矛盾，许多沿海城市依靠其海岸线长，滩涂面积大、临海处海底深度浅易填平的特点进行围海造陆。

在现阶段，由于我国滩涂面积大，为许多城市对其进行了围海造陆提供了条件，如天津市临港工业区一期20平方公里围海造陆工程。无疑为天津提供了更多的土地资源。土是三相性物质，故围海造陆所用填土在运输过程中受振动时，其密度将变为松散密度，空气进入土颗粒孔隙中，导致孔隙率增大，体积增大。在回填后将会因由于气体排出，逐渐密实，导致填土体积缩小，产生沉降。同时，原有地基多为软土，存在含水率高、孔隙率大、压缩性大的特点，在填土的重力作用下，将会产生瞬时沉降，其后，原有地基土中孔隙水压力消散、有效应力增长，产生固结沉降，在孔隙水压力消散结束后，仍会存在一定的次压缩沉降。土层的沉降及地下水位的改变将影响土体承载力，在不满足承载力需求时，需进行进一步的措施。

尽管目前我国围海造陆施工技术发展迅速，但有关其原有软土及后续填土的地基变形沉降量测仍是围海造陆施工的主要难点。对于地基变形沉降方面，关于如何确定围海造陆后形成的沉降到现在仍缺乏一个准确的算法。

针对上述地基沉降量测的问题。原来的传统钻孔法虽然可以测到沉降情况，但尤其实验时间较长，实验数据分析需求时间长，存在着时效性不足的缺点，此外其钻孔量测成本高，而且钻孔间距还有限制，在钻孔深度较深时还可能发生塌孔，造成经济损失，还会导致量测数据不准确，有较大误差存在。

同时，由于海岸线常常伴山，原有传统方法如遇山体下部断层、岩溶等特殊地段，需要增设测点以确定这些地段的大致面积及深度，会使得成本更加昂贵，由于时间的滞后性，还不能及时面对这些工程难题提出解决对策，易使工期增加。如遇海岸滩涂特厚软土层，因钻孔深度的不确定性，随着钻孔深度的增加，其钻孔难度与成本也将骤增，所以目前尚缺一种明确针对海岸线滩涂地区围海造陆时地基沉降经济、安全的量测方法。

因此，为寻求一种简易量测围海造陆时地基沉降情况，针对地基成分复杂、地下勘察工程复杂昂贵的地基沉降现状，亟需一种量测方法简单、数据处理简单快捷、量测成本低、量测效果具有良好的时效性的地基沉降量测装置及方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置及量测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，该地震波装置包括测试通用系统、原位试验系统、地震源系统、检波器系统、GPS定位系统、机器语言系统及大数据处理系统。

所述测试通用系统包括频率控制模块、计时模块、电源模块、显示模块、标记模块及校对模块；频率控制模块控制并显示所产生地震波的具体频率；计时模块将在地震源系统启动后立即开始计时，在检波器系统每次接收到反射波时记录一次时间，直到检波器系统发出停止计时信号后停止计时，并将所得时间数据组t_i传输至机器语言系统；显示模块将对机器语言系统所得有效数据进行显示并传输至大数据处理系统进行分析；在选定测点位置后，标记模块先对地面喷射一定范围(例如半径约为3cm)的白色涂料，其后将锥尖刺入土中并喷射红色涂料，白色涂料方便寻找标记处，红色涂料对应相应测点；校对模块用于使地震源系统对准红色涂料部分，即对准测点。

所述原位试验系统包括密度试验装置、平板载荷试验装置和旁压试验装置，所述原位试验系统通过土体原位试验得到地基土的真实信息，并且测得各层地基土的变形模量、地基承载力；所得全部数据传输至大数据处理系统，所得变形模量传输至机器语言系统计算地震源系统所产生的剪切波波速值，所得地基承载力可用于评估工程安全性。

所述地震源系统通过产生平行于地基方向的振动在围海造陆的地基上产生人工地震波；其中高频率地震波(50～90HZ)对量测海岸线滩涂地基沉降变化较为适用，利用频率高机械波易反射的特点，可得到反射波的相关信息；同时，利用地震波作为量测方法能较好的反应场地土的物理力学特性。

所述检波器系统用于接收并记录地震源系统产生的剪切波的反射波，对反射波进行动静校正、振幅调整、滤波处理，得到一系列有效剪切波数值，然后将相关数据传输至机器语言系统及大数据处理系统，当机器语言系统计算所得剪切波波速超过限值时，将信息传回至检波器系统，检波器系统发出停止计时信号至计时模块，计时模块停止计时。

所述GPS定位系统对所处围海造陆滩涂进行地形平面显示，首先在其上对所布置各测点进行合理规划，再根据实际地形情况输入测点布置形式与测点间距的详细参数，对地震波装置进行实时定位，在装置转移至下一测点时要求立刻同步。

所述机器语言系统读取原位试验系统及检波器系统传输数据，根据公式

(式中Vs为剪切波波速，G为剪切模量，E为弹性模量，ρ为土体密度，γ为泊松比)计算出各测点的剪切波波速；读取大数据处理系统的数据库模块中记录的各类土层介质相对剪切波波速范围，对上述测点所计算到的剪切波波速进行范围分类，确定其所在地基土层类别及各土层剪切波波速u_i；读取计时模块传输数据t_i及上述所得各层剪切波波速，根据公式

(式中u_i为剪切波在第i层中的波速，t_i为剪切波在第i层顶传播至底所需时间，n为基岩上覆土层数量)计算得到地基基岩处至地基顶的距离S及分界深度D，记录并将所得各土层的剪切波波速u_i、传播时间t_i、分界深度D和基岩上覆土层深度S数据传输至大数据处理系统的数据处理模块，并以这些数据为依据，制出相应的地下分界情况图；在经过一段时间后，再同理测到沉降后基岩上覆土层深度S′。通过前后深度变化可得到沉降值ΔS＝S-S′及沉降后地下分界情况图，并将这些数据传输至大数据处理系统。

所述大数据处理系统包括数据处理模块、数据库模块和固结沉降推算模块。数据处理模块基于GPS定位系统所确定的地震波测点，读取机器语言系统传输的剪切波波速、传播时间、分界深度数据，对各测点所测得地下土层信息进行分析合成，根据测量结果确认界面的深度和形态，标记局部构造，判断地层岩性；由于所得样本数据仅反应各测点数据，各测点之间的数据通过线性内插的计算方式得到，然后将这些数据进行建档，由数据库模块进行储存，数据库模块主要用于储存数据处理模块所得数据以及为机器语言系统提供土层介质相对剪切波波速范围；固结沉降推算模块读取原位试验系统土样数据，机器语言系统上覆土层深度S及S′，两次试验相隔时间，推断出最终沉降量s。

进一步地，所述测试通用系统中的频率控制模块在检波器系统接收不到反射波数据时，自动升高频率直至接收到数据，其计时模块所记录的时间数据为剪切波在地基中多层土层来回传播所需时间，而所需计算时间为单层土层单向传播一次所需时间，所以需进行数据调整，调整方法如下：若计时模块记录n个时间为A_i(i＝1，2，3...n；A_i单位为秒)，单土层的单向单次传播时间应为A₁/2，(A₂-A₁)/2，...，(A_n-A_n-1)/2，然后将计算所得时间数据分别赋值至t₁，t₂，t₃，..，t_n并将这些数据传输至机器语言系统。

进一步地，所述原位试验系统在使用时应减小对土体扰动，获得尽量精确的土体信息数值，同时分别通过平板载荷试验与旁压试验两个试验避免单一试验存在偶然性的可能性，根据所测得地基土体的剪切模量G与弹性模量E计算求得泊松比γ，将G，E，γ及密度试验所得的密度ρ数据传输至机器语言系统。

进一步地，所述地震源系统所产生的地震波的频率区间为10～90HZ，频率应宜高不宜低，当频率低时，其产生剪切波穿透性强但不易反射，会导致所需配套的检波器系统需有较大灵敏度，否则将接收不到反射波，这会使成本增加；而本装置所配套检波器系统精密度仅需达到80米深度程度即可，不需剪切波有极强的穿透性，故频率宜高。

进一步地，所述检波器系统中检波滤波原理为，通过压缩波传播速度大于剪切波波速的特点，过滤压缩波；剪切波在地基中向下传播时，若抵达土层分界处时，由于土层密度差，会发生机械波反射现象，检波器系统将通过频率只由波源决定这一特点，可用于识别上述地震源系统所产生的剪切波的存在及变化，不断接收反射回到地面的波，检出下覆土层的分层信息；通过相关参数计算得到反射波的波速，若波速超过500m/s，可认为已经测到地下基岩位置，停止接收反射波。

本发明另一方面提供了一种采用地震波装置量测海边滩涂围海造陆地基固结沉降的方法，该方法包括如下步骤：

(1)利用GPS定位系统得到围海造陆区域的大致图像，通过其得到的图像与现场实地勘察情况，并且根据其所需量测面积决定一般测点的数量、间距、坐标轴位置参数，再结合已布设的一般测点决定特殊测点(如边角点)的坐标轴位置参数。

(2)架设所述地震波装置并利用原位试验系统对所处地基场地土进行试验，得到基岩上覆土层类型的大致信息，包括变形模量参数、承载力参数，输入机器语言系统后，可得到该土层的剪切波波速代表值；为避免地震源系统使用对场地土的影响，宜先使用原位试验系统获得土地特征值(密度、变形模量、地基承载力)，再使用地震源系统产生地震波。

(3)利用GPS定位系统及测试通用系统对场地具体点进行标记，再使用地震源系统产生地震波，检波器系统接收剪切波反射波，将反射波数据传至大数据处理系统进行反射波合成，合成得到地基分界深度及各土层信息，得到初始时刻还未经沉降的土层情况；通过

计算得到初始状态地基基岩处至地基顶的距离S，绘制地层信息图，将所得数据建档存入大数据处理系统数据库模块中。

(4)经过一段时间后，利用测试通用系统中的校对模块使地震源系统对准上次量测时所布置的红点，然后再进行步骤(2)～(3)所述操作，得到经过一段时间固结沉降后的基岩顶面至地表顶面的距离S′，绘制沉降后的新地层信息图，以深度为z轴坐标绘制土层分界深度图，并将这组新数据建档存入数据库模块中。

(5)通过前后深度变化可得到沉降值ΔS＝S-S′，大数据处理系统则会根据上述步骤(3)、(4)所得地层信息图，综合沉降变化经过的时间，大数据处理系统中固结沉降推算模块将根据时间、土层变形模量、沉降量进行演算，推断出最终沉降量s。

进一步地，所述步骤(1)中测点布置情况还应遵循以下原则：

(a)应尽量避免布置于临近构筑物、建筑物或山体等特殊地段，防止对周围造成不利影响。

(b)布置测点时，应尽量与地形相适应，在难以勘察处的测点可取消，并分别向两头取一定距离布点，通过线性内插法估计该测点处的情况。

(c)在地形变化起伏大处，可增加部分测点，在其他部分可按照原定计划布置测点，测点总体呈现矩形布置。

进一步地，所述步骤(3)中，所得反射波数据能够绘制出一系列反射波波速曲线，取其中信号最强处作为特征值，即为有效波速；将有效波速传输至机器语言系统并进行后续计算部分。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过利用地震波在固体中传播速度快的特点，相比传统方法量测沉降而言，缩短了工期，减少了时间成本，同时，在遇到不利地形条件时，例如下覆土层存在溶洞，断层等地形现象，也能更早的提出解决对策，选择施工方式，进行地基承载力计算。

2.本发明相较于传统方法无需进行钻孔，节省了成本。同时，针对我国南方地区，尤其是温州地区，其下覆第四纪泻湖相、溺谷相和滨海相等海相超厚沉积软土层，最深处约为70米厚，其工程地质特性呈现含水量大、强度低、压缩性大等特点，显然使用传统方法钻孔，不仅需要高额成本，并且存在较大误差，并且钻孔过深时存在塌孔的危险，还需要立刻对塌孔进行分析与处理，会增加成本。

3.本发明相对于传统方法而言，测点将可根据实际场地情况进行部分特殊点布置规划，不受钻孔间距要求的影响，传统方法进行量测时，测点间距宜大于50米，而本发明所布置测点没有限制，可以收集到更多的下覆地层信息。

4.本发明中所用的地震波装置利用GPS定位技术对海岸滩涂造陆处进行平面分析，可以得到一个较为精确的结果，减少了人工勘察成本，同时利用GPS对所布置测点的实时点位，可以明确地对测点的二维坐标进行相对应的定位。

5.本发明通过大数据处理系统，由于收集的下覆土层信息更多，能更好地对地下地层的物理力学特性进行分析，并且根据地层情况进行地层地形测绘，结合GPS定位技术能够更加准确的反应地基土层的相关信息及分层情况。

6.本发明所用地震波这种机械波其中的剪切波分量，存在着传播速度快，传播距离远，在进行原位土样测试后，波速可以通过理论计算的特点。并且由于剪切波不能在空气和水中传播，故在收集分析相应数据后，若数据组之间存在测点区间数据中断，可以得到所测地基土层含断层、岩溶、地下河、暗河中一种的结论。

7.本发明所用地震波最深只需传播80米，而其波速在各类土层中均大于100米每秒，这意味着该装置对单测点的测量时间仅为几分钟。同时，该装置相比于传统方法而言，无需大型设备经常，即使在受地形影响严重处，仍可以进行相应的量测工作。故对所布置所有测点的测量时间可控制在两天内，缩短了量测勘察所需时间。

8.本发明的地震波在地基中传播时，若发现相邻测点所组成的测线之间存在突变，且若测点地区临近山脉，则该突变区可能为特殊矿场资源及石油存在可能地。可应用于矿场资源领域的相关工作，开展相关的地质勘察研究。

9.本发明的地震波装置在整个量测过程中，均没有潜在危险源，绝对满足了安全施工的相关要求。与传统方法相比，避免了因塌孔而产生的危险，避免了可能勘察量测过程中因事故而造成损失。

10.本发明所采用的地震波作为无损探测技术，对地基扰动小，对周边原有建筑物与构筑物影响小，对周边地形环境也没有负面作用。通过剪切波在不同地层中波速不同，计算往返时，易得到分界面深度与大致走向，其后通过地震波频率波形图中颜色最深处来直接判断测点的传播情况，操作简单，探测结果清晰明确。

附图说明

图1是本发明用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置结构示意图；

图2是本发明采用该地震波装置进行沉降量测的流程图；

图3是二维量测点布置示意图及量测土层分层情况示意图；

图4是三维量测点布置示意图及量测土层分层情况示意图；

图中，测试通用系统1、地震源系统2、检波器系统3、GPS定位系统4、原位试验系统5、机器语言系统6、大数据处理系统7、二维图单个测点8、量测地面9、填土与原有土分界线10、原有不同土层分界线11、基岩12。

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详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，该地震波装置包括测试通用系统1、地震源系统2、检波器系统3、GPS定位系统4、原位试验系统5、机器语言系统6、大数据处理系统7。

所述测试通用系统1包括频率控制模块、计时模块、电源模块、显示模块、标记模块及校对模块；控制模块控制并显示所产生地震波的具体频率；计时模块受地震源系统2及检波器系统3控制进行计时，并将所得时间数据组传输至机器语言系统6；显示模块将对机器语言系统6数据进行显示并传输至大数据处理系统7进行分析；标记模块用于标记测点位置；校对模块用于使地震源系统2对准标记测点位置。

所述地震源系统2将产生人工地震波，并被检波器系统3接收。

所述检波器系统3接收并记录地震源系统2产生的地震波数据，并将相关数据传输至机器语言系统6及大数据处理系统7，当机器语言系统7计算所得剪切波波速超过限值时，将信息传回至检波器系统3，检波器系统3反作用于测试通用系统1，使其停止计时。

所述GPS定位系统4对所处地点进行地形平面显示，对其上所布置各测点进行合理规划，再根据实际地形情况输入测点布置形式与测点间距的详细参数，对地震波装置进行实时定位，在装置转移至下一测点时要求立刻同步。

所述原位试验系统5通过其所配置的装置测得各层地基土的变形模量、地基承载力，其后将所得数据传输至大数据处理系统7，所得变形模量传输至机器语言系统6计算波速，所得地基承载力可用于评估工程安全性。

所述机器语言系统6读取原位试验系统5及检波器系统3所传输数据，计算出各测点的剪切波波速；读取大数据处理系统7的数据库模块中相关数据，对计算得到剪切波波速进行分类，确定其所在地基土层类别及各土层剪切波波速；读取测试通用系统1传输数据及计算所得剪切波波速，计算得到地基基岩处至地基顶的距离及分界深度，记录数据并将这些数据传输至大数据处理系统7进行处理，并绘制地下分界情况图。在经过单位时间后，再同理测到沉降后数据并绘制沉降后地下分界情况图，并将这些数据传输至大数据处理系统7。

所述大数据处理系统7包括数据处理模块、数据库模块和固结沉降推算模块。基于GPS定位系统4的地震波测点，读取机器语言系统6传输的剪切波波速、传播时间、分界深度数据，对所得地下土层信息进行分析合成，确认界面的深度和形态，标记局部构造，判断地层岩性，通过线性内插的计算方式得到各测点之间的数据，然后将这些数据进行建档，由数据库模块进行储存，数据库模块主要用于储存数据处理模块所得数据以及为机器语言系统6提供相关数据；固结沉降推算模块读取原位试验系统5所传输的土样数据，机器语言系统6所传输的两次上覆土层深度，两次试验相隔时间，推断出最终沉降量。

具体地，测试通用系统1中的频率控制模块在检波器系统3接收不到反射波数据时，自动升高频率直至接收到数据，其计时模块所记录的时间数据需进行数据调整，然后将调整后的数据传输至机器语言系统6。

具体地，原位试验系统5在使用时应减小对土体扰动，获得尽量精确的土体信息数值，同时分别通过两项试验避免单一试验存在偶然性的可能性，根据所测得地基土体的剪切模量G与弹性模量E计算求得泊松比γ，将G，E，γ及密度试验所得的密度ρ数据传输至机器语言系统6。

具体地，地震源系统2所产生的地震波的频率区间为10～90HZ，频率应宜高不宜低，频率高有利于剪切波反射不利于剪切波穿透，本装置所配套检波器系统量测深度较浅，不需剪切波有极强的穿透性，故频率宜高。

具体地，检波器系统3中检波滤波原理为，通过压缩波传播速度大于剪切波波速的特点，过滤压缩波；剪切波在传播时，抵达土层分界处时，由于土层密度差，会发生反射现象，检波器系统以频率不变的特点，可用于识别上述地震源系统所产生的剪切波的存在及变化，不断接收反射波，检出下覆土层的分层信息；通过相关参数计算得到反射波的波速，若波速超过500m/s，可认为已经测到地下基岩位置，停止接收反射波。

如图2～4所示，本发明提供的一种采用地震波装置量测海边滩涂围海造陆地基固结沉降的方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用GPS定位系统4得到围海造陆区域的大致图像，通过其得到的图像，结合现场实地勘察情况，决定一般测点8的数量、间距、坐标轴位置参数，再结合已布设的一般测点决定特殊测点的坐标轴位置参数。

(2)架设所述地震波装置并利用原位试验系统5对所处地基场地土进行试验，得到基岩上覆土层类型的大致信息，输入机器语言系统6后，可得到该土层的剪切波波速代表值；为避免地震源系统2使用对场地土产生影响，宜先使用原位试验系统5获得土地特征值，再使用地震源2系统产生地震波。

(3)利用GPS定位系统4及测试通用系统1对场地进行标记，再使用地震源系统2产生地震波，检波器系统3接收地震波，将收集到的数据传至大数据处理系统7进行数据处理，合成得到地基分界深度及各土层信息，得到还未经沉降的土层情况；通过计算得到初始状态地基基岩处至地基顶的距离，绘制地层信息图，将所得数据建档存入大数据处理系统7数据库模块中。

(4)在经过一段时间后，利用测试通用系统1使地震源系统2对准上次的测点位置，然后再进行步骤(2)～(3)所述操作，得到经过一段时间固结沉降后的基岩顶面至地表顶面的距离，绘制沉降后的新地层信息图，以深度为z轴坐标绘制土层分界深度图，并将这组新数据建档存入大数据处理系统7中。

(5)通过前后深度变化可得到沉降值，大数据处理系统7则会根据上述步骤(3)、(4)所得地层信息图，综合沉降变化经过的时间，大数据处理系统7中固结沉降推算模块将根据时间、土层变形模量、沉降量进行演算，推断出最终沉降量s。

具体地，所述步骤(1)中测点布置情况还应遵循以下原则：

(a)应尽量避免布置于临近构筑物、建筑物或山体等特殊地段，防止对周围造成不利影响。

(b)布置测点时，应尽量与地形相适应，在难以勘察处的测点可取消，并分别向两头取一定距离布点，通过线性内插法估计该测点处的情况。

(c)在地形变化起伏大处，可增加部分测点，在其他部分可按照原定计划布置测点，测点总体呈现矩形布置。

具体地，所述步骤(3)中，所得反射波数据中，能绘制出一系列反射波波速曲线，取其中信号最强处作为特征值，即为有效波速；将有效波速传输至机器语言系统6并进行后续计算部分。

图3是绘制的二维量测点布置示意图及量测土层分层情况示意图；图4是绘制的三维量测点布置示意图及量测土层分层情况示意图。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，其特征在于，该地震波装置包括测试通用系统、原位试验系统、地震源系统、检波器系统、GPS定位系统、机器语言系统及大数据处理系统。

所述测试通用系统包括频率控制模块、计时模块、电源模块、显示模块、标记模块及校对模块；频率控制模块控制并显示所产生地震波的具体频率；计时模块将在地震源系统启动后立即开始计时，在检波器系统每次接收到反射波时记录一次时间，直到检波器系统发出停止计时信号后停止计时，并将所得时间数据组t_i传输至机器语言系统；显示模块将对机器语言系统所得有效数据进行显示并传输至大数据处理系统进行分析；在选定测点位置后，标记模块先对地面喷射一定范围的白色涂料，其后将锥尖刺入土中并喷射红色涂料，白色涂料方便寻找标记处，红色涂料对应相应测点；校对模块用于使地震源系统对准红色涂料部分，即对准测点。

所述原位试验系统包括密度试验装置、平板载荷试验装置和旁压试验装置，所述原位试验系统通过土体原位试验得到地基土的真实信息，并且测得各层地基土的变形模量、地基承载力；所得全部数据传输至大数据处理系统，所得变形模量传输至机器语言系统计算地震源系统所产生的剪切波波速值，所得地基承载力可用于评估工程安全性。

所述地震源系统通过产生平行于地基方向的振动在围海造陆的地基上产生人工地震波。

所述检波器系统用于接收并记录地震源系统产生的剪切波的反射波，对反射波进行动静校正、振幅调整、滤波处理，得到一系列有效剪切波数值，然后将相关数据传输至机器语言系统及大数据处理系统，当机器语言系统计算所得剪切波波速超过限值时，将信息传回至检波器系统，检波器系统发出停止计时信号至计时模块，计时模块停止计时。

所述GPS定位系统对所处围海造陆滩涂进行地形平面显示，首先在其上对所布置各测点进行合理规划，再根据实际地形情况输入测点布置形式与测点间距的详细参数，对地震波装置进行实时定位，在装置转移至下一测点时要求立刻同步。

所述机器语言系统读取原位试验系统及检波器系统传输数据，根据公式

(式中Vs为剪切波波速，G为剪切模量，E为弹性模量，ρ为土体密度，γ为泊松比)计算出各测点的剪切波波速；读取大数据处理系统的数据库模块中记录的各类土层介质相对剪切波波速范围，对上述测点所计算到的剪切波波速进行范围分类，确定其所在地基土层类别及各土层剪切波波速u_i；读取计时模块传输数据t_i及上述所得各层剪切波波速，根据公式

(式中u_i为剪切波在第i层中的波速，t_i为剪切波在第i层顶传播至底所需时间，n为基岩上覆土层数量)计算得到地基基岩处至地基顶的距离S及分界深度D，记录并将所得各土层的剪切波波速u_i、传播时间t_i、分界深度D和基岩上覆土层深度S数据传输至大数据处理系统的数据处理模块，并以这些数据为依据，制出相应的地下分界情况图；经过一段时间后，再同理测到沉降后基岩上覆土层深度S′。通过前后深度变化可得到沉降值ΔS＝S-S′及沉降后地下分界情况图，并将这些数据传输至大数据处理系统。

所述大数据处理系统包括数据处理模块、数据库模块和固结沉降推算模块。数据处理模块基于GPS定位系统所确定的地震波测点，读取机器语言系统传输的剪切波波速、传播时间、分界深度数据，对各测点所测得地下土层信息进行分析合成，根据测量结果确认界面的深度和形态，标记局部构造，判断地层岩性；由于所得样本数据仅反应各测点数据，各测点之间的数据通过线性内插的计算方式得到，然后将这些数据进行建档，由数据库模块进行储存，数据库模块主要用于储存数据处理模块所得数据以及为机器语言系统提供土层介质相对剪切波波速范围；固结沉降推算模块读取原位试验系统土样数据，机器语言系统上覆土层深度S及S′，两次试验相隔时间，推断出最终沉降量s。

2.根据权利要求1所述的一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，其特征在于，所述测试通用系统中的频率控制模块在检波器系统接收不到反射波数据时，自动升高频率直至接收到数据，其计时模块所记录的时间数据为剪切波在地基中多层土层来回传播所需时间，而所需计算时间为单层土层单向传播一次所需时间，所以需进行数据调整，调整方法如下：若计时模块记录n个时间为A_i，i＝1，2，3...n；单土层的单向单次传播时间应为A₁/2，(A₂-A₁)/2，...，(A_n-A_n-1)/2，然后将计算所得时间数据分别赋值至t₁，t₂，t₃，..，t_n并将这些数据传输至机器语言系统。

3.根据权利要求1所述的一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，其特征在于，所述原位试验系统在使用时应减小对土体扰动，获得尽量精确的土体信息数值，同时分别通过平板载荷试验与旁压试验两个试验避免单一试验存在偶然性的可能性，根据所测得地基土体的剪切模量G与弹性模量E计算求得泊松比γ，将G，E，γ及密度试验所得的密度ρ数据传输至机器语言系统。

4.根据权利要求1所述的一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，其特征在于，所述地震源系统所产生的地震波的频率区间为10～90HZ，频率应宜高不宜低，当频率低时，其产生剪切波穿透性强但不易反射，会导致所需配套的检波器系统需有较大灵敏度，否则将接收不到反射波，这会使成本增加；而本装置所配套检波器系统精密度仅需达到80米深度程度即可，不需剪切波有极强的穿透性，故频率宜高。

5.根据权利要求1所述的一种用于量测围海造陆地基沉降的地震波装置，其特征在于，所述检波器系统中检波滤波原理为，通过压缩波传播速度大于剪切波波速的特点，过滤压缩波；剪切波在地基中向下传播时，若抵达土层分界处时，由于土层密度差，会发生机械波反射现象，检波器系统将通过频率只由波源决定这一特点，可用于识别上述地震源系统所产生的剪切波的存在及变化，不断接收反射回到地面的波，检出下覆土层的分层信息；通过相关参数计算得到反射波的波速，若波速超过500m/s，可认为已经测到地下基岩位置，停止接收反射波。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述地震波装置量测海边滩涂围海造陆地基固结沉降的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用GPS定位系统得到围海造陆区域的大致图像，通过其得到的图像与现场实地勘察情况，并且根据其所需量测面积决定一般测点的数量、间距、坐标轴位置参数，再结合已布设的一般测点决定特殊测点的坐标轴位置参数。

(2)架设所述地震波装置并利用原位试验系统对所处地基场地土进行试验，得到基岩上覆土层类型的大致信息，包括变形模量参数、承载力参数，输入机器语言系统后，可得到该土层的剪切波波速代表值；为避免地震源系统使用对场地土的影响，宜先使用原位试验系统获得土地特征值，包括密度、变形模量、地基承载力，再使用地震源系统产生地震波。

(3)利用GPS定位系统及测试通用系统对场地具体点进行标记，再使用地震源系统产生地震波，检波器系统接收剪切波反射波，将反射波数据传至大数据处理系统进行反射波合成，合成得到地基分界深度及各土层信息，得到初始时刻还未经沉降的土层情况；通过

计算得到初始状态地基基岩处至地基顶的距离S，绘制地层信息图，将所得数据建档存入大数据处理系统数据库模块中。

(4)经过一段时间后，利用测试通用系统中的校对模块使地震源系统对准上次量测时所布置的红点，然后再进行步骤(2)～(3)所述操作，得到经过一段时间固结沉降后的基岩顶面至地表顶面的距离S′，绘制沉降后的新地层信息图，以深度为z轴坐标绘制土层分界深度图，并将这组新数据建档存入数据库模块中。

(5)通过前后深度变化可得到沉降值ΔS＝S-S′，大数据处理系统则会根据上述步骤(3)、(4)所得地层信息图，综合沉降变化经过的时间，大数据处理系统中固结沉降推算模块将根据时间、土层变形模量、沉降量进行演算，推断出最终沉降量s。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中测点布置情况还应遵循以下原则：

(a)应尽量避免布置于临近构筑物、建筑物或山体等特殊地段，防止对周围造成不利影响。

(b)布置测点时，应尽量与地形相适应，在难以勘察处的测点可取消，并分别向两头取一定距离布点，通过线性内插法估计该测点处的情况。

(c)在地形变化起伏大处，可增加部分测点，在其他部分可按照原定计划布置测点，测点总体呈现矩形布置。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所得反射波数据能够绘制出一系列反射波波速曲线，取其中信号最强处作为特征值，即为有效波速；将有效波速传输至机器语言系统并进行后续计算部分。

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