CN113296149A - 一种基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，首先采集待测滑坡体地层的微动信号；然后从采集的原始微动信号中提取出瑞雷波，并获得瑞雷波的频散曲线；通过对瑞雷波频散曲线进行反演，获得地层视横波速度；再计算到所述地层视横波速度随深度的变化曲线，并利用光滑差值法处理后，得到地层视横波速度剖面图；通过所得到的地层视横波速度剖面图对待测滑坡体地层的分布情况进行判定。该方法能有效提高滑坡地层分布情况的调查精度，同时降低机械钻探或人工探坑(井)的工程成本，缩短勘查周期。

Description

一种基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法
技术领域
本发明涉及滑坡灾害调查体地层探测技术领域，尤其涉及滑坡灾害体地层分布情况探测技术。
背景技术
在滑坡灾害的调查中，滑坡体地层分布情况调查大都采用机械钻探或人工探坑(井)的方法。机械钻探是指通过钻机打孔的方式勘察滑坡体地层的分布情况；人工探坑(井)是指以人工方式掏挖滑坡体土层，来查看滑坡体地层分布情况。机械钻探或人工探坑(井)的优点是能够准确查看滑坡体地层的岩性、分布情况、地下水埋深、获取室内土工试验的岩土样品、地下水位样品等，但缺点主要表现在：
(1)机械钻探作业环境受限、成本大、工期长；
(2)人工探坑(井)存在较大的安全隐患、工期长；
(3)滑坡体地层分布变化较大，一般的机械钻探或人工探坑(井)布置间距大，难以查清滑坡体地层的局部分布情况。
因此急需发明一种高效安全、且成本低的滑坡体地层分布情况探测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，该方法能有效提高滑坡体地层分布情况的调查精度，同时减少机械钻探或人工探坑(井)的工程数量、成本，缩短勘查周期。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，所述方法包括：
步骤1、首先采集待测滑坡体地层的微动信号；
步骤2、将采集到的微动信号通过数学变换做谱分析，得到瑞雷波频散谱；
步骤3、通过对瑞雷波频散曲线进行分析，计算地层视横波速度vs；
步骤4、根据步骤3计算出的不同深度的地层视横波速度vs，绘制地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图；
步骤5、通过所得到的地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图，对待测滑坡体地层的分布情况进行判定。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能有效提高滑坡地层分布情况的调查精度，同时减少机械钻探或人工探坑(井)的工程数量、成本，缩短勘查周期，具有很高的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法流程示意图；
图2为本发明实施例所述的原始微动信号的单点波形示意图；
图3为本发明实施例所提取的瑞雷波的单点频散谱示意图。
图4为本发明实施例所绘制的地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、采集待测滑坡体地层的微动信号；
在该步骤中，微动信号是由体波(P波、S波)和面波(瑞雷波、勒夫波)组成的复杂振动，通常没有特定震源，并且面波的能量占信号能量的70％以上。微动中的面波信息与地表介质密切相关，尽管微动信号的振幅和形态随着时空变化而发生变化，但在一定时空范围内具有可统计性，可用时间和空间上的平稳随机过程描述。
在本实施例中，可以通过多重圆观测台阵的方式采集待测滑坡体地层的微动信号，具体是在多重圆观测台阵的圆心处布设1台数据采集器，圆周上布设3台数据采集器。在利用空间自相关法SPAC时，最大探测深度H按公式(1)计算：
H＝(3～5)R (1)
式中，R为观测半径，即多重圆观测台阵的半径，单位m。
步骤2、将采集到的微动信号通过数学变换做谱分析，得到瑞雷波频散谱；
瑞雷波频散谱是指瑞雷波频率f和相速度vr之间的关系点图。由于瑞雷波波速与其它波波速差异很大，频散谱上就会分开。而且在计算频散谱时，限定波速范围后一般输入的就只有瑞雷波。
在该步骤中，将采集到的微动信号通过数学变换做谱分析，得到瑞雷波频散谱的过程包括：
频率-波数法(The Frequency-wavenumber Power Spectral Method，简称F-K法)和空间自相关法(Spatical Autocorrelation Method，简称SPAC法)；
F-K和SPAC的不同主要与观测系统及微动信号的方向性有关。频散曲线的频率范围没有明显不同，频段主要由地质条件决定。由于滑坡体所处的微动信号环境近似均匀随机分布，方向性弱，更符合SPAC法的理论应用条件，所以采用SPAC法。
如图2所示为本发明实施例所述原始微动信号的单点波形示意图，如图3所示为本发明实施例所提取的瑞雷波的单点频散谱示意图。
步骤3、通过对瑞雷波频散曲线进行分析，计算地层视横波速度vs；
在该步骤中，可以采用半波法经验公式对瑞雷波频散曲线进行分析，具体公式如下所示：
Figure BDA0003086508590000031
式中，vs为地层视横波速度，单位m/s；
vr为瑞雷波相速度，单位m/s；
t为周期，单位s，
Figure BDA0003086508590000032
f为频率，单位Hz；
i和i-1表示两个不同的时刻，单位s。
步骤4、根据步骤3计算出的不同深度的地层视横波速度vs，绘制地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图；
根据波速公式，波长
Figure BDA0003086508590000033
半波长近似等于深度，这样就可以得到的深度-视横波速度曲线。
在该步骤中，所绘制的剖面图的横轴向左为地层视横波速度vs，单位为m/s；竖轴向下为地层深度h，单位为m。
步骤5、通过所得到的地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图，对待测滑坡体地层的分布情况进行判定。
在该步骤中，由于岩土体横波(S波)速度是岩土体的固有参数，即同一性质岩土体的横波(S波)速度是固定的，所得到的地层视横波速度vs不等于地层横波(S波)速度，但是地层视横波速度vs是拥有量纲的物理参数，也具有唯一性的特点，即不同性质岩土体的地层，其视横波速度vs也不同。
因此可以先采用少量的机械钻探或人工探坑(井)勘察数据，结合勘察位置地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图，建立视横波速度vs与岩土体性质的对应关系；然后采用滑坡体其他位置的地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图，对滑坡体其他位置的地层分布情况进行判定、划分和定性。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
综上所述，本发明实施例所述方法能方便地扩大滑坡灾害体地层的探测范围、有效提高调查精度，同时降低机械钻探或人工探坑(井)的工程成本。探测仪器轻巧、转场方便、操作简单，能够实时处理探测数据并获得地层分布情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、首先采集待测滑坡体地层的微动信号；
步骤2、将采集到的微动信号通过数学变换做谱分析，得到瑞雷波频散谱；
步骤3、通过对瑞雷波频散曲线进行分析，计算地层视横波速度vs；
步骤4、根据步骤3计算出的不同深度的地层视横波速度vs，绘制地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图；
步骤5、通过所得到的地层视横波速度vs随深度h变化的剖面图，对待测滑坡体地层的分布情况进行判定。
2.根据权利要求1所述基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，其特征在于，在步骤1中，通过多重圆观测台阵的方式采集待测滑坡体地层的微动信号，具体是在多重圆观测台阵的圆心处布设1台数据采集器，圆周上布设3台数据采集器，在利用空间自相关法SPAC时，最大探测深度H按公式(1)计算：
H＝(3～5)R (1)
式中，R为观测半径，即多重圆观测台阵的半径，单位m。
3.根据权利要求1所述基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，其特征在于，在步骤2中，从采集的原始微动信号中计算瑞雷波频散谱的方法包括：
频率-波数法和空间自相关法，且频率-波数法和空间自相关法的不同与观测系统及微动信号的方向性有关。
4.根据权利要求1所述基于微动探测技术的滑坡体地层分布情况探测方法，其特征在于，在步骤3中，对瑞雷波频散曲线进行反演采用半波法经验公式进行，具体公式如下所示：
Figure FDA0003086508580000011
式中，vs为地层视横波速度，单位m/s；
vr为瑞雷波相速度，单位m/s；
t为周期，单位s，
Figure FDA0003086508580000012
f为频率，单位Hz；
i和i-1表示两个不同的时刻，单位s。
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