WO2003056360A2 - Methode et algorithme d'utilisation des ondes de surface - Google Patents

Methode et algorithme d'utilisation des ondes de surface Download PDF

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WO2003056360A2
WO2003056360A2 PCT/CA2002/002013 CA0202013W WO03056360A2 WO 2003056360 A2 WO2003056360 A2 WO 2003056360A2 CA 0202013 W CA0202013 W CA 0202013W WO 03056360 A2 WO03056360 A2 WO 03056360A2
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Guy Lefebvre
Mourad Karray Benhassen
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Universite De Sherbrooke
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
    • G01V1/284—Application of the shear wave component and/or several components of the seismic signal

Definitions

  • the present invention relates to a method and algorithms for processing data allowing the use of surface waves.
  • the present invention relates to the separation and use of the different propagation modes, as well as a method of '' fast and efficient reversal.
  • This method is limited due to its slow execution as well as the imprecision due to an empirical inversion method.
  • the SASW (“Spectral-Analysis-of-Surface-aves”) method was developed in the early 806s at the University of Texas (Heisey, J.
  • the SASW method consists of three stages: collecting data in the field, evaluating the dispersion curve (phase speed as a function of wavelength) and transforming it into a continuous profile of the speed of shear waves by an inversion process.
  • the SASW test is carried out on the ground surface. It consists in recording the Rayleigh waves generated by an impact source, using two space sensors of a distance denoted "D,". The test is repeated for different spacings between the sensors (2 times D ) till4 times D ⁇ s 8 times D., 16 times D., etc.). In general, the sensors are placed at an equal distance on either side of a central point. The source, meanwhile, is located at a distance equal to the spacing between the sensors, relative to the nearest sensor.
  • the dispersion curve is determined. first by calculating a cross power spectrum which defines the phase shift, as a function of frequency, between the waves measured by the sensor farthest from the source and those measured by the nearest sensor (equivalent to time necessary for the wave to get from point 1 to point 2).
  • the dispersion curve speed of the shear waves as a function of the wavelength
  • the medium is represented by a set of N layers and to each are assigned a thickness, a Poisson coefficient, a density and a speed of the shear waves.
  • a theoretical dispersion curve corresponding to this medium is then determined and compared with that obtained in the field. If the two curves, theoretical and experimental, coincide, the profile considered corresponds to the solution sought. Otherwise, the speeds assigned to all of the N layers are adjusted until there is agreement between the theoretical dispersion curve and that obtained in the field.
  • MASW Multichannel Analysis of Surface Waves
  • This method consists in measuring using a number of sensors between 20 and 64 or more, the waves generated using an impact source or using a vibrator (constant frequency) (Park et al, 1999, in Multichannel analysis of surface waves, Geophysics, Vol. 64, N. 3, pp800- 808; Xia et-al, 1999, in Estimation ofnear surface shear wave velocity by inversion of Rayleigh waves, Geophysics, , Vol. 64, N. 3, pp691-700; etc ).
  • the so-called CMP (common-mid-point) configuration originally used in the SASW method, which consists of placing the source at a distance equal to the spacing between the first and the last sensor, is used in this method.
  • the spacing between the sensors is defined according to the nature of the environment being studied and the depth sought.
  • the speed profile determined using the CMP configuration thus represents the medium below the central point of the series of sensors. Park, 1999 indicates that it is best to use a constant source of energy.
  • a dispersion curve phase velocity as a function of frequency or wavelength
  • Data analysis in this method consists in measuring the degree of coherence between the signals: (1) filters on given frequency bands in the case where the tests are carried out using an impact source or ( 2) measurements directly using a constant energy source (vibrator).
  • the dispersion curve (phase velocity as a function of the frequency or wavelength) is determined by evaluating the slope (linear) of each series of signals obtained for the same frequency.
  • the MASW method is based on the assumption of an optimal configuration for the generation of the fundamental mode of the dominant Rayleigh waves and a weak energy of the higher modes and the other types of waves (shear and compression).
  • the energies of other wave types and higher modes are considered to be noise.
  • the determination of the speed profile of shear waves is carried out in the same way as in the SASW method, that is to say by the comparison of the experimental dispersion curve with a curve of theoretical dispersion corresponding to a medium defined by a certain number of layers to which are assigned a thickness, a speed, a density and a Poisson's ratio.
  • An object of the present invention is therefore to present a method of modal analysis with the aim of remedying certain limitations of the previous methods, such as those described above, based on Rayleigh waves.
  • This new method is known by the acronym S WAP ("Surface Wave Automated Profiling").
  • Another object of the present invention is to propose an algorithm allowing the implementation of this method.
  • Figure 1 shows in schematic form the steps of the method according to a possible embodiment of the present invention.
  • the method according to the present invention does not pose any a priori hypothesis as to the importance of the different modes which contribute to the signals recorded in the field. It consists in determining and separating the different modes of Rayleigh waves in order to use them to better characterize the environment examined.
  • the method consists in generating surface waves using an impact source, and in detecting it using sensors, placed at one or at different distance intervals, defined as a function of the depth over which the test is carried out as well as the nature of the terrain being studied ( Figure 2).
  • the sensors will be all the more distant the greater the depth to be studied, for example.
  • the distance between sensors is adjusted as a function of the attenuation characterizing the medium to be studied.
  • the number of sensors used is a compromise between the cost incurred and the desired detection sensitivity. A greater number of sensors allows greater accuracy of the measurements. Nevertheless, analyzes show that the use of a number of 16 sensors is a good compromise between the cost of the equipment and the precision sought. It is however conceivable to use a greater number of signals in the analysis (24 or 32) by using a greater number of sensors or by carrying out two successive SWAP tests while keeping the same source of energy as shown in FIG. 2. The realization of two successive SWAP tests allows the determination of a greater number of speed profiles shear waves by processing different combinations of 16 successive signals (Figure 2). The determination of a large number of velocity profiles then makes it possible to present the results in the form of a tomography of velocity of the shear waves in two dimensions (FIG. 3).
  • the This method analyzes the signals collected in the frequency-wave number plane (also called time-space plane), so as to determine an energy spectrum of the signals in these two domains. This procedure requires triggering the recording of signals from the moment of impact.
  • the processing of the signals is done adaptively using a filtering procedure which makes it possible to adjust the resolution at the analysis frequency and which can be assimilated to a wavelet analysis.
  • the entire analysis process including, separation, identification and selection of different modes for reversal end is automated.
  • the SWAP method also incorporates a weighting system which allows the energies of the different signals to be modulated so as to give more importance to a precise point in space (located within the distance covered by the sensors).
  • This system not only allows a reduction in the disturbance of the dispersion points which can be produced by significant variations in the environment investigated, but also allows the production, using different weighting systems, of at least three dispersion curves which represent different places. within the distance covered by the 16 sensors.
  • the inversion that is to say the determination of the speed profile of the shear waves, is done from the dispersion curves of at least two modes of the Rayleigh waves.
  • the inversion technique proposed in the present invention is based on the comparison of experimental and theoretical dispersion curves, in terms of difference as well as in terms of shape, and allows faster reversal and better exploitation of the curves. of experimental dispersion.
  • the SWAP method proposed in the present invention differs from methods such as SASW and MASW in particular, by the fact that no assumption is made at the outset as to the dominance of the fundamental mode of the Rayleigh waves.
  • the present method tackles the problem as a whole by first identifying the different modes of Rayleigh waves, and by reconstituting, in a second time, the medium which corresponds to all of these modes.
  • the SWAP method not only allows an unambiguous identification of the different components of the terrain (since it may happen that a higher mode dominates over a certain range of frequencies), but also the evaluation of a Poisson coefficient profile in addition to a speed profile of shear waves N s .
  • the different stages of the method according to the present invention are carried out by means of original algorithms.
  • the inversion process is based on the comparison of the calculated and experimental dispersion curves, not only in terms of phase speed difference, but also in terms of the shape of the dispersion curve.
  • This reversal process according to the present invention is automated using an algorithm designated by the acronym I ⁇ NSS.
  • I ⁇ NSS an algorithm designated by the acronym I ⁇ NSS.
  • the use of form criteria in addition to the difference allows a very fast convergence of the process.
  • the processing of signals recorded in the field for the determination of the different modes of the Rayleigh wave is automated using an algorithm compatible with DSTVSS.
  • the method also innovates by using the group speed which corresponds to the propagation of the wave train or energy and which is used for cleaning, identification and verification (consistency) of the different types of waves.
  • the SWAP method of the present invention makes it possible to establish a standard by the arrangement of a defined number of 16 sensors b of the spacings established according to the study envisaged. It goes without saying that the present invention has been described purely by way of indication and that it can accommodate several other arrangements and variants without however exceeding the scope of the present invention as defined by the claims which follow.

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Abstract

Une méthode et un algorithme permettant l'utilisation des ondes de surfaces. En particulier, la méthode utilise la séparation des modes et, au moyen de la courbe de dispersion de plus d'un mode dans le processus d'inversion, permet la détermination d'un profit de vitesse de propagation des ondes de cisaillement qui, avec le profit du coefficient de Poisson, constitue une solution unique et une caractérisation complète d'un milieu du point de vie de ses propriétés élastiques.

Description

TITRE DE L'INVENTION
METHODE ET ALGORITHME DUTILIS ATION DES ONDES DE SURFACE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a trait a une méthode et a des algorithmes de traitement des données permettant ('utilisation des ondes de surfaces. En particulier, la présente invention concerne la séparation et l'utilisation des différents modes de propagation, ainsi qu'une méthode d'inversion rapide et performante.
DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR
L'utilisation des ondes de Rayleigh pour la caractérisation et la déteπrώiation des propriétés dynamiques des dépôts et des structures de sols a été initiée avant le début des années 50 par la German Society of Soil Mechanics et par Bergestro et Linderholm51946.
Les études ont mené au développement de la méthode dite de Steady-State » basée sur une excitation a fréquence constante au moyen d'un vibrateur (Jones, R., 1958, in In Situ. Measurement of Dynamic Properties of Soil by Vibration Methods, Geotechnique, London, England, Vol. 8, P. 1; Ballard, R. F., 1964, m. Détermination ofSoils Shear Moduli at Depth by in-situ Vibratory techniques, Miscallaneous Paper No 4-691, Waterways Experiment Station, Nicksburg, Ms, EU; Heukelom, . et Foster, C. R., 1960, in Dynamic Testing of Pavement, Journal of Structural Division, ASCE, Vol. 86, ΝO SM-1, pp 1-28.).
Cette méthode est limitée du fait de sa lenteur d'exécution ainsi que de l'imprécision due à une méthode d'inversion empirique.
La méthode SASW (« Spectral-Analysis-of-Surface- aves ») a été développée vers le début des années 806 l'Université du Texas (Heisey, J.
S. et al, 1982, in Détermination of in-situ Shear Waves Velocity from Spectral-Analysis-of- Surf ace-Waves, Thèse de maîtrise, Université du Texas, Austin, EU, 300p; Nazarian, S., 1984, in In-Situ détermination of elastic moduli of soil deposits and pavement Systems by spectral-dnalysis-of-surface-waves method, thèse de Doctorat en sciences appliquées, Université du Texas, Austin, EU, 452 p.; Nazarian, S. et Stokoe, K. H., 1985, in In-situ détermination of elastic moduli of pavement Systems by spectral-analysis-ofsurface-waves method -practical aspects, Research Report 368-1 F, center for transportation Research, Université du Texas, Austin, EU, 161 p.). Elle se distingue de la méthode Steady-state par sa rapidité d'exécution et par sa méthode d'inversion plus objective.
La méthode SASW est constituée de trois étapes : la collecte des données sur le terrain, l'évaluation de la courbe de dispersion (vitesse de phase en fonction de la longueur d'onde) et la transformation de celle-ci en un profil en continu de la vitesse des ondes de cisaillement par un processus d'inversion.
L'essai SASW est réalisé a la surface du sol. Il consiste a enregistrer les ondes de Rayleigh générées par une source d'impact, e l'aide de deux capteurs espaces d'une distance notée « D, ». L'essai est répété pour différents espacements entre les capteurs (2 fois D)„ 4 fois Dχs 8 fois D., 16 fois D., etc ... ). D'une manière générale, les capteurs sont places a une distance égale de part et d'autre d'un point central. La source, quant a elle, est située a une distance égale a l'espacement entre les capteurs, par rapport au capteur le plus proche.
La courbe de dispersion est déterminée . d'abord par le calcul d'un spectre de puissance croise qui définit le déphasage, en fonction de la fréquence, entre les ondes mesurées par le capteur le plus éloigné de la source et celles mesurées par le capteur le plus proche (équivalent au temps nécessaire a l'onde pour se rendre d'un point 1 a un point 2). Le spectre de
puissance croise doit ensuite être déroulé afin de déterminer le déphasage réel. Connaissant la distance entre les capteurs, la courbe de dispersion (vitesse des ondes de cisaillement en fonction de la longueur d'onde) est ainsi déterminée pour chacun de ces espacements.
Dans la méthode SASW, seules les ondes ayant des longueurs comprises entre 1/2 fois et trois fois l'espacement entre les capteurs sont prises en compte. Les ondes de longueurs inférieures a 1/2 fois l'espacement entre les capteurs, de même que celles supérieures a trois fois l'espacement entre les capteurs, sont donc négligées (Heisey, 1982) afin de minimiser l'effet des modes supérieurs des ondes de Rayleigh. La courbe de dispersion totale, qui correspond a la moyenne des courbes de dispersion déterminées pour les différents espacements, est ensuite inverses afin de déterminer le profil de vitesse des ondes de cisaillement en fonction de la profondeur. Dans la méthode SASW, on suppose que cette courbe est représentative du mode fondamental des ondes de Rayleigh seulement.
Pour inverser une courbe de dispersion, le milieu est représenté par un ensemble de N couches et a chacune sont attribues une épaisseur, un coefficient de Poisson, une densité et une vitesse des ondes de cisaillement. Une courbe de dispersion théorique correspondant a ce milieu est ensuite déterminée et compares avec celle obtenue sur le terrain. Si les deux courbes, théorique et expérimentale, coïncident, le profil considéré correspond a la solution recherchée. Dans le cas contraire, les vitesses attribuées a l'ensemble des N couches sont ajustées jusqu'à ce qu'il y ait concordance entre la courbe de dispersion théorique et celle obtenue sur le terrain.
A la fin des années 90, une autre méthode, dite MASW ("Multichannel Analysis of Surface Waves") a été développée par le Kansas Geological Survey. Cette méthode consiste a mesurer a l'aide d'un nombre de capteurs compris entre 20 et 64 ou plus, les ondes générées à l'aide d'une source d'impact ou à l'aide d'un vibrateur (fréquence constante) (Park et al, 1999, in Multichannel analysis of surface waves, Geophysics, Vol. 64, N. 3, pp800- 808 ; Xia et-al, 1999, in Estimation ofnear surface shear wave velocity by inversion of Rayleigh waves, Geophysics,, Vol. 64, N. 3, pp691-700; etc ... ).
La configuration dite de CMP (common-mid-point »), utilisée à l'origine dans la méthode SASW, qui consiste à placer la source à une distance égale à l'espacement entre le premier et le dernier capteur, est utilisée dans cette méthode. L'espacement entre les capteurs est défini en fonction de la nature du milieu étudie et de la profondeur recherchée. Le profil de vitesse déterminée e l'aide de la configuration CMP représente ainsi le milieu situe en dessous du point central de la série de capteurs. Park, 1999 indique qu'il est préférable d'utiliser une source d'énergie constante. Ainsi pour déterminer une courbe de dispersion (vitesse de phase en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde), il est nécessaire d'effectuer une série d'essais dans lesquels la série de capteurs est excitée a différentes fréquences.
L'analyse des données dans cette méthode consiste a mesurer le degré de cohérence entre les signaux : (1) filtres sur des bandes de fréquences données dans le cas où les essais sont réalisés a l'aide d'une source d'impact ou (2) mesures directement en utilisant une source d'énergie constante (vibrateur). La courbe de dispersion (vitesse de phase en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde) est déterminée par l'évaluation de la pente (linéaire) de chaque série de signaux obtenue pour une même fréquence.
Cette technique largement utilisée en géophysique (méthode do nhole, sismique réflexion, etc ...) et connue depuis longtemps (Griffithst, D. H. et ing, R. F., 1965, in Applied Geophysics for engineers and geologists, Pergamon press, New york, pp, 223.) permet, dans ce cas, de déterminer la vitesse de phase de l'onde ou du mode cohérent (dominant), qui correspond au mode fondamental des ondes de Rayleigh selon l'hypothèse de la méthode, et d'éliminer ou de négliger par le fait même tous les autres modes ou types d'ondes.
En effet, la méthode MASW est basée sur l'hypothèse d'une configuration optimale pour la génération du mode fondamental des ondes de Rayleigh dominant et une énergie faible des modes supérieurs et des autres types d'ondes (cisaillement et compression). Ainsi, les énergies des autres types d'onde et des modes supérieurs sont considérées comme étant du bruit.
La détermination du profil de vitesse des ondes de cisaillement, dite processus d'inversion », est réalisée de la même manière que Bans la méthode SASW, c'est-à-dire par la comparaison de la courbe de dispersion expérimentale a une courbe de dispersion théorique correspondant a un milieu défini par un certain nombre de couches auxquelles sont attribues une épaisseur, une vitesse, une densité et un coefficient de Poisson.
OBJETS DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est donc de présenter une méthode d'analyse modale dans le but de remédier a certaines limitations des méthodes précédentes, telles que celles décrites plus haut, basées sur les ondes de Rayleigh. Cette nouvelle méthode est désignée sous l'acronyme S WAP ("Surface Wave Automated Profiling").
Un autre objet de la présente invention est de proposer un algorithme permettant la mise en oeuvre de cette méthode.
D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description qui suit, relative à un mode de réalisation préférentiel, non limitatif et illustre par les figures annexées qui représentent schématiquement: BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 représente sous forme schématique les étapes de la méthode selon un mode de réalisation possible de la présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
De façon générale, il est présente une méthode et un algorithme permettant de résoudre certains problèmes rencontres dans les méthodes antérieures, relies notamment a la détermination des modes de dispersion pour les différents modes des ondes de Rayleigh. de signaux enregistres sur le terrain.
De façon plus précise, la méthode selon la présente invention ne pose aucune hypothèse a priori quant a l'importance des différents modes qui contribuent aux signaux enregistres sur le terrain. Elle consiste a déterminer et séparer les différents modes des ondes de Rayleigh afin de les utiliser pour mieux caractériser le milieu examine.
Un mode spécifique de réalisation de la présente invention sera maintenant décrit a titre purement indicatif.
La méthode consiste a générer des ondes de surface a l'aide d'une source d'impact, et a la détecter a l'aide de capteurs, places a un ou a différents intervalles de distance, définis en fonction de la profondeur sur laquelle s'effectue le test ainsi que de la nature du terrain étudie (figure 2). Ainsi, les capteurs seront d'autant plus distants que la profondeur à étudier est importante par exemple. En outre, la distance entre capteurs est ajustée en fonction de ('atténuation caractérisant le milieu a étudier.
Le nombre de capteurs utilises est un compromis entre le coût encouru et la sensibilité de détection désirée. Un plus grand nombre de capteurs permet une plus grande précision des mesures. Néanmoins, les analyses démontrent que l'utilisation d'un nombre de 16 capteurs est un bon compromis entre le coût encouru des équipements et la précision recherchée. Il est cependant envisageable d'utiliser un plus grand nombre de signaux dans l'analyse (24 ou 32) en utilisant un plus grand nombre de capteurs ou en effectuant deux essais SWAP successifs tout en gardant la même source d'énergie comme montré à figure 2. La réalisation de deux essais SWAP successifs permet la détermination d'un plus grand nombre de profil de vitesse des ondes de cisaillement en traitant différentes combinaisons de 16 signaux successifs (figure 2). La détermination d'un grand nombre de profils de vitesse permet ensuite une présentation des résultats sous forme de tomographie de vitesse des ondes de cisaillement en deux dimension (figure 3).
Contrairement à la méthode SASW, dans laquelle l'analyse se fait via un calcul de déphasage (inter-corrélation) entre les différents signaux, et a la méthode MASK dans laquelle l'analyse passe par un calcul de cohérence entre les différents signaux, la présente méthode analyse les signaux collectes dans le plan fréquence-nombre d'onde (appelé aussi plan temps-espace), de façon à déterminer un spectre d'énergie des signaux dans ces deux domaines. Cette procédure nécessite de déclencher l'enregistrement des signaux des le moment de l'impact.
Le nombre fini de capteurs utilisés (16) ne permettant pas d'obtenir un schéma précis de la distribution d'énergie des différents modes des ondes de Rayleigh dans le plan fréquence-nombre d'onde, le spectre est détermine pour des parties de signaux correspondant a une certaine vitesse de propagation de l'énergie (dite vitesse de groupe). Ainsi, une onde qui, par exemple, se propage a une vitesse se groupe notée U, atteint le premier capteur a un temps, dit temps de groupe, noté ti, et atteint le capteur x à un temps de groupe tx égal a la distance entre la source et le capteur x divisée par la vitesse de propagation U (figure 4). L'analyse des parties de signaux autour d'un temps de groupe ti permet d'éliminer toutes les ondes de même fréquence mais de vitesses de groupe différentes (appartenant a d'autres modes des ondes de Rayleigh ou a d'autres groupes d'ondes).
Ce genre d'analyse est effectue pour chacune des fréquences, et pour une plage de vitesses de groupe et de vitesses de phase prédéterminée. Pour chacune des fréquences, un schéma de la distribution d'énergie est ainsi obtenu dans le plan temps de phase - temps de groupe, ce qui permet d'identifier facilement les différentes énergies des modes et des ondes mesurés sur le terrain (figure 5), et de déterminer les courbes de dispersion des différents modes des ondes de Rayleigh comme montrés à la figure 6.
Il est a noter que le traitement des signaux se fait de manière adaptative 6 l'aide d'une procédure de filtrage qui permet d'ajuster la résolution à la fréquence d'analyse et qui peut être assimilée a une analyse par ondelettes. Tout le processus d'analyse incluant, la séparation, l'identification et la sélection des différents modes pour fin d'inversion est automatisé.
La méthode SWAP intègre également un système de pondération qui permet de moduler les énergies des différents signaux de' façon à donner plus d'importance à un point précis dans l'espace (situé à l'intérieur de la distance couverte par les capteurs". Ce système permet non seulement une diminution des perturbations des points de dispersion qui peut être produite par des variations importantes dans le milieu investigué, mais aussi de produire à l'aide de différents système de pondération, au moins trois courbes de dispersion qui représentent différents endroits à l'intérieur de la distance couverte par les 16 capteurs."
L'inversion, c'est-à-dire la détermination du profil de vitesse des ondes de cisaillement, se fait a partir des courbes de dispersion d'au moins deux modes des ondes de Rayleigh.
De plus, la technique d'inversion proposée dans la présente invention est basée sur la comparaison des courbes de dispersion expérimentale et théorique, en terme de différence ainsi qu'en terme de forme, et permet une inversion plus rapide et une meilleure exploitation des courbes de dispersion expérimentales.
Il apparaîtra clairement à l'homme du métier que la méthode SWAP proposée dans la présente invention se distingue des méthodes telles que SASW et MASW notamment, par le fait qu'aucune hypothèse n'est formulée au départ quant a la dominance du mode fondamental des ondes de Rayleigh. Au contraire, la présente méthode aborde le problème dans son ensemble en identifiant, dans un premier temps, les différents modes des ondes de Rayleigh, et en reconstituant, dans un second temps, le milieu qui correspond a l'ensemble de ces modes.
Ainsi, contrairement aux méthodes existantes, la méthode SWAP, selon un mode de réalisation de la présente invention, permet non seulement une identification sans ambiguïté des différentes composantes du terrain (puisqu'il peut arriver qu'un mode supérieur domine sur une certaine plage de fréquences), mais aussi l'évaluation d'un profil de coefficient de Poisson en plus d'un profil de vitesse des ondes de cisaillement Ns.
De fait, une fois les modes de Rayleigh sépares de façon à définir la courbe de dispersion du mode fondamental et, au moins, du premier mode supérieur, l'utilisation de ces deux courbes de dispersion dans le processus d'inversion conduit à une solution unique car il n'existe qu'un seul profil de vitesse d'onde de cisaillement et qu'un seul profil de coefficient de Poisson qui satisfont simultanément les deux courbes de dispersion. La figure 7 montre un exemple d'inversion de plus d'un mode des ondes de Rayleigh.
Ainsi, la connaissance du profil de vitesse des ondes de cisaillement Ns, et du profil de coefficient de Poisson, obtenus a l'aide de la même méthode, permet une caractérisation complète du terrain d'un point de vue élastique.
Il est évident, pour la personne du métier, que les restrictions imposées par des méthodes comme la SASW, telles que des critères de sélection des longueurs d'onde et des contraintes sur la configuration expérimentale portant notamment sur l'espacement entre les capteurs et la source, sont évitées dans la méthode selon la présente invention, puisque les différents modes de Rayleigh sont identifies et séparés. Par exemple, tous les capteurs peuvent être excites en même temps dans la présente méthode, ce qui rend d'autant plus rapide l'étude du terrain.
Sur le plan technique, les différentes étapes de la méthode selon la présente invention sont réalisées au moyen d'algorithmes originaux. En particulier, comme évoque précédemment, le processus d'inversion est base sur la comparaison des courbes de dispersion calculée et expérimentale, non seulement en termes de différence de vitesse de phase, mais également en terme de forme de la courbe de dispersion.
Ce processus d'inversion selon la présente invention est automatisé grâce à un algorithme désigné sous l'acronyme IΝNSS. L'utilisation de critères de formeen plus de la différence permet une convergence très rapide du processus. Le traitement des signaux enregistres sur le terrain pour la détermination des différents modes de l'onde de Rayleigh est automatise a l'aide d'un algorithme compatible avec DSTVSS.
La méthode innove également en utilisant la vitesse de groupe qui correspond à la propagation du train d'onde ou de l'énergie et qui est utilisée pour le nettoyage, l'identification et la vérification (cohérence) des différents types d'ondes.
De plus, la méthode SWAP de la présente invention permet d'établir un standard par la disposition d'un nombre défini de 16 capteurs b des espacements établis selon l'étude envisagée. II va de soi que la présente invention fut décrite a titre purement indicatif et qu'elle peut recevoir plusieurs autres aménagements et variantes sans pour autant dépasser le cadre de la présente invention tel que délimité par les revendications qui suivent.

Claims

REVENDICATIONS:Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendique, sont définies comme il suit:
1. Une méthode d'essai utilisant des ondes de Rayleigh, impliquant la séparation des modes, et permettant la détermination du profil de coefficient de Poisson en utilisant la courbe de dispersion de plus d'un mode dans le processus d'inversion.
2. Une méthode d'essai utilisant des ondes de Rayleigh, impliquant une séparation des modes et qui, au moyen de la courbe de dispersion de plus d'un mode dans le processus d'inversion, permet la détermination d'un profil de vitesse de propagation des ondes de cisaillement qui, avec le profil du coefficient de Poisson, constitue une solution unique et une caractérisation complète du milieu du point de vie de ses propriétés élastiques.
3. Une méthode d'inversion automatisée, dans laquelle un processus itératif permet d'atteindre une coïncidence entre les courbes de dispersion calculée et expérimentale et dont la performance est maximisée en utilisant des critères de comparaison en terme de différence de vitesse de phase et en terme de forme de la courbe de dispersion.
4. Une méthode selon laquelle plusieurs capteurs sont excites simultanément, et tous les enregistrements sont analyses simultanément dans un plan espace-fréquence en utilisant une technique de filtrage qui peut être assimilée a la technique des ondelettes, cette méthode étant facilement automatisable, rapide et permettant une identification précise des modes de Rayleigh.
5. Une méthode d'essai selon laquelle plusieurs capteurs sont excités simultanément et dans laquelle un système de pondération des signaux permet de déterminer plusieurs profils de vitesse des ondes de cisaillement représentant différents endroits à l'intérieur de la distance couverte par les capteurs.
PCT/CA2002/002013 2001-12-21 2002-12-23 Methode et algorithme d'utilisation des ondes de surface WO2003056360A2 (fr)

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