地震反射波范文
地震反射波范文（精选10篇）
地震反射波 第1篇
1) 唐山市位于华北板块东部, 由于受太平洋板块的俯冲作用, 形成了由一系列相互平行的NNENE向断裂组成的唐山断裂带。另外唐山市也是我国岩溶塌陷比较严重的地区之一, 再加上采空区塌陷, 第四系浅层地下水漏斗的形成, 造成市区的地质情况复杂。万丈高楼, 基础为本。如果高层建筑的地基没有处理好, 将会埋下严重的隐患, 造成极大的危害。本工程首先是对唐山市市郊某高层住宅小区进行的地质勘察, 此次勘察的目的是:初步查明该工程场地覆盖层的厚度和基岩的起伏形态, 探明隐伏断层构造的位置, 可能存在的规模大小及空间展布情况, 还有对该地基浅层土 (空) 洞情况的探测。浅层地震法是利用人工激发的地震波在弹性介质不同的地层内传播规律, 研究与岩土工程有关的地质、构造、岩土体的物理力学特性, 并对工程场地与人工建筑物的适应性进行评价的一种地球物理勘探方法。它是通过测量地震波在地下介质中的传播速度的方法来达到探测目的的。由于不同类型岩 (土) 具有不同的弹性特征如速度、密度等, 当地震波通过岩层 (土层) 分界面时, 将产生反射、折射, 并且有纵波、横波和面波等之分, 这些不同类型的波具有不同的传播速度、途径、频率和强度, 用仪器和计算机可以记录、分析各种波的传播时间和波形特征, 从而实现不同地层层面的划分。由于本工程远离市区, 地势相对较低, 岩层含水量大, 有利于反射波的激发与传播。在本次勘探工程的具体实施中, 采用道间距为1m, 偏移距为18m, 炮间距为3m, 24道接受, 4层覆盖的观测系统。采用18磅重锤敲击作为激发震源, 其优点是安全、方便、廉价、有效。虽然单次击发能量较小, 但多次激发可使有效信号增强, 有利于垂直叠加。最终根据物探勘察数据计算得出的结果和钻探结果相比较, 吻合性好, 解释可靠。由于地震波场十分复杂, 除了有反射波以外, 还有沿地面传播的地滚波、声波、面波、折射波。特别是在近炮点处, 直达波、声波、面波和浅层反射波混在一起, 反射波无法拾取。因此, 深度10m以内或5m内可称为浅层地震反射法的盲区。空间尺寸小于10m的土洞难以发现。所以, 该地基浅层土 (空) 洞的任探测务采用的是地质雷达法。地质雷达法在该地基以土 (空) 洞作为探测目标过程中, 体现出极强的优势。因为土 (空) 洞与周围的土壤具有明显不同的介电性质。土 (空) 洞如保存完好且未被地下水充盈时, 表现为高电阻率特征;反之则表现为低电阻率特征。当土 (空) 洞塌陷后, 在洞内形成破碎、疏松的堆积物, 与围岩的导电和介电性质同样具有差异。另外, 地质雷达的探测深度受地表电阻率的影响很大, 当地表干燥时, 100MHz的工作天线的有效探测深度为10m;当地表潮湿时, 探测深度只有5m, 甚至更小。因此, 地质雷达是适宜探测埋藏浅 (一般小于10m) 、规模小 (一般小于3m) 的土洞, 这也正符合本次勘探任务的要求
结果, 在本次勘探过程中, 地质雷达以其精度高、效率高、成本低、成果直观的特点, 顺利地完成了对地基地层10m以内、直径小于3m的土 (空) 洞的探测。同时提供了连续的平面和剖面形态的资料图件, 对土洞的分布范围、埋深、大小及连通情况一目了然, 对该工程的设计和施工起到了科学的指导作用, 经济效益和社会效益明显。
2) 在本次工程进行过程中和竣工后的工程质量检测也是一个非常重要的环节。其中的混凝土工程质量检测又是重中之重。对于混凝土结构质量情况的确认, 就必须采用局部破损或非破损的方法进行检测, 而对于绝大多数的结构来说, 破损试验是不允许的。这样一来, 非破损测性试验就显得很重要。而混凝土雷达作为一种先进的无损检测设备, 它具有高精度的分辨率、检测速度快、操作简便等特点, 为本工程的混凝土结构质量检测提供了一种可行的检测手段。
在这次工程施工过程中和竣工后, 通过使用混凝土雷达, 主要对楼体内外墙中混凝土芯柱的浇筑质量及混凝土内钢筋配置情况作以确认。在检测空心砌块部位时, 更是发挥了雷达精、准、快的特点, 对于该灌实混凝土的部位是否灌实、该植入钢筋的部位是否植入等都作了精确的检测, 为工程的质量提供了科学的保障。
尽管雷达对混凝土的检测有那么多优点, 但在某些项目上的精度还不够, 如对钢筋直径的检测, 目前还没有达到毫米级。也就是说在雷达图像上看, 基本不能区分8mm和10mm直径的钢筋。虽然雷达有着这样的不足, 但在实际应用中还是首选。
当然, 在高层建筑地基勘察工程中和混凝土结构质量检测中还有其它方法, 如勘察地层10m以下, 直径大于3m的溶洞, 也有用高密度电法的;探测混凝土内部钢筋直径的就得用钢筋探测仪等。
总之, 在高层建筑地基勘察工程中和混凝土结构质量检测中, 浅层地震法和地质雷达法是应用最普遍的两种物探方法。
摘要：住宅小区建筑工程关系民生, 是各种基础建设工程中最基础的建设工程。社会的进步和经济的发展对这一建设提出了新的要求, 科技进步催生出的多种物理勘探方法在保证工程质量方面起到了很好的作用。本文拟以唐山市某高层住宅小区建筑工程为例, 剖析浅层地震反射波法和地质雷达法在建筑工程中确保质量的优势。
关键词：住宅,建筑工程,地震反射波法,地质雷达法
参考文献
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地震反射波 第2篇
利用高阶多项式拟合的方法取代传统的`T2-X2法进行反射波走时曲线拟合得到分层地壳中的走时残差,对其应用基于广义反演理论的速度层析成像技术,重建研究区台阵下方的上地壳三维速度结构图像.数值模拟和长白山天池火山三维地震透射速度层析成像都显示了该方法的有效性.
作 者：田晓峰 张先康 杨卓欣 徐朝繁 TIAN Xiao-feng ZHANG Xian-kang YANG Zhuo-xin XU Zhao-fan 作者单位：田晓峰,TIAN Xiao-feng(中国科学技术大学地球与空间科学学院,合肥,230029;中国地震局地球物理勘探中心,郑州,450002)
张先康,杨卓欣,徐朝繁,ZHANG Xian-kang,YANG Zhuo-xin,XU Zhao-fan(中国地震局地球物理勘探中心,郑州,450002)
应用反射波法对桩基进行检测 第3篇
[关键词] 基桩 低应变 反射波法
1.发展现状
基桩低应变检测技术近20年来我国发展较快，由于它的适应范围广、仪器设备轻便简单、检测速度快、判读直观、成本较低，已被工程界广泛接受。低应变法是利用低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内作弹性振动，利用振动和波动理论检测桩身结构完整性。
1995年底出台了《桩基低应变动力检测规程》（JGJ/T93—95），该规程规定的检测方法有反射波法、机械阻抗法、动力参数法和声波透射法。以反射波法为例介绍基桩低应变检测技术的方法和步骤。
2.基本原理
桩身质量检测是依据一维波动理论，将桩身等价于一维杆材料均质各向同性，并遵循胡克定律，桩的截面积保持为平面，而且每个截面上应力是均匀分布的。
设桩为一均质弹性体，当桩顶作用一脉冲力后，便有应力波沿桩身传播，若桩身质量有问题，存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生发射和透射。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的发射信息，据此判断桩身结构完整性及估计混凝土强度等级，还可以根据波速和桩底反射波到达时间对桩身的实际长度加以核对。
3.适用范围
反射波法适用于检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩身上的位置。也可对桩长进行核对，对桩身混凝土的强度等级作估计。
4.仪器设备
（1）仪器由传感器、放大、滤波、记录、处理和监视系统，激振设备及专用附件组成。
（2）传感器可选用宽频带的速度型或加速度型传感器。速度型传感器灵敏度应大于300mV/cm/s，加速度型传感器灵敏度应大于100mV/g。
（3）放大系统的增益应大于60dB,长期变化量应小于1%。折合输入端的噪声水平应低于3uV。频带宽度应不窄于10～1000Hz，滤波频率可调整。
（4）模数转换器的倍数不应小于8bit。采样时间宜为50～100us，可分数档调整。每个通道数据采集暂存器的容量不应小于1Kb.
（5）多通采集系统应具有一致性，其振幅偏差应小于3%，相位偏听偏信差应小于0.1ms。
（6）根据激振条件试验要求及改变激振频谱和能量，满足不同的检测目的，应选择符合材质和得量要求的激振设备。目前反射波法使用的激振设备形式多样，有力棒、手锤、球击、电火花方式等。
5.测试方法
（1）被测桩应凿去浮浆，平整桩头，切除桩头外露过长的主钢筋。
（2）检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用。
（3）每个检测工地均应进行激振方式和接受条件的选择试验，确定最佳激振方式和接受条件。因为不同工区桩的类型、桩径大小、桩头混凝土质量、土层地质情况等条件差异较大，检测时，对激振和接受的最佳条件选择只能通过现场试验对比来确定。通过调节放大器增益，使波形不产生畸变，改变滤波频率提高分辨率和信噪比。
（4）激振点宜选择在桩头中心部位，传感器宜稳固地安置在桩头上。对于桩径大于350mm的桩可安置两个或多个传感器。
（5）当随机干扰较大时，可采用信号增强方式，进行多次重复激振与接受。
（6）为提高检测的分辨率，应使用小能量激振，并选用高截止频率的传感器和放大器。
（7）判别桩身浅部缺陷，可同时采用横向激振和水平速度型传感器接受，进行辅助判定。
（8）每一根被检测的单桩均应进行两次及以上重复测试。出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试。重复测试的波形与原波形具有相似性。
6.检测数据的处理与判定
（1）应根据波形图中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达进间等特征，推定桩的完整性。
（2）桩身混凝土的波速Vp、桩身缺陷深度L可分别按下列公式计算：
Vp=2L/t,L=1/2Vpmt′
式中：L——桩身全长；
t——桩底反射波的到达时间；
t′——桩身缺陷部位反射波的到达时间；
Vpm——同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值。
（3）反射波波形规则，波列清晰，桩底反射明显，易于读取反射波到达时间，及桩身混凝土平均波速较高的桩为完整性好的桩。
（4）反射波到达时间小于桩底反射波到达时间，且波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射波的桩，系桩身断裂。
（5）桩身混凝土严重离析时，其波速较低，反射波幅减少，频率降低。
（6）缩径与扩径的部位可按反射历时进行估算，类型可按相位特征进行判别。
（7）当有多处缺陷时，将记录到多个相互干扰的反射波组，形成复杂波形。此时应仔细甄别，并结合工程地质资料、施工原始记录进行综合分析。有条件尚可使用多种检测方法进行综合判别。实践证明，离桩顶第一个缺陷的判别要十分仔细慎重。
（8）桩身浅部断裂的定性主价，可通过横向激振，比较同类桩横向振动特征之间的差异进行辅助判断。存在浅部断裂的桩，在进行横向激振时，有自振频率降低，振幅较大，衰减历时增加及波形不规则等现象，在一定实践经验基础，可对桩身浅部断裂做出定性评价。
（9）在上述时域分析的基础上，尚可采用频谱分析技术，利用振幅谱进行辅助判断。
（10）桩身混凝土的强度等级可依据波速来估计。波速与混凝土抗压强度的换算系数，应通过对混凝土试件的波速测定和抗压强度对比试验确定。
7.反射波法测桩应注意的几个问题
（1）桩头的处理
桩头处理的好坏，对波形采集的正确与否有直接的关系。桩头浮浆使波难以下传，对测试结果影响较大。此外主钢筋外露过长，也会产生谐振干扰。因此，凿去浮浆，平整桩头，露出坚硬、新鲜的砼，锯短桩头上的钢筋等工作，是很有必要的。
（2）桩、传感器、振源的匹配
不同的桩土体系有不同的固有频率，而同一桩土体系，其频率范围在不同深度也不一样。桩的浅部频率高，随着桩的部位越深，对应的频率范围就越小。因此，根据不同的频率范围有目的地采集波形，反映不同深度的缺陷非常重要。一般地，深部及柱底频率在0～200Hz；中部在0～500 Hz；浅部在0～2000 Hz。
从传感器的频响曲线来看，在其固有的可测频率范围内，呈线性，超过了可测范围，就不是线性的了，接受的信号也会失真。因此，传感器频响曲线中的线性范围应覆盖整个测试信号的主体频率范围，即选择的传感器可测频率范围能够满足桩土体系的固有频率范围。
如何产生振源，使浅部缺陷的高频和中部、底部缺陷的低频信号能正确地反映出来，是非常重要的。振源频率主要与敲击桩头的材料硬度有关，同时，还与碰撞速度、碰撞物的质量和结构以及碰撞接触面积有关。因此，根据不同的桩土体系，不同的缺陷部位和不同的传感器，采用不同的振源。选用速度传感器，如采用铁锤，可重点采集浅中部缺陷的信号；如采用橡胶锤，可采集深部缺陷、长大桩的深部及桩底的信号。选用加速度传感器，可重点测5m以内浅部缺陷，用橡皮锤与之配套，效果较好。同时，每一信号，反复测试几次，如信号的重复性很好，则采集的信号正确，予以保留。
（3）成土层的影响
在对应力波时程曲线的分析中，不仅应考虑桩体本身材料、刚度以及缺陷的影响，同时受到桩侧土模量大小的制约。一般来说，桩侧土力学性质越好，应力波在桩侧土中损耗越大，在层间硬土层将会反映为似扩径的子波叠加，相反如软夹层将会由于应力波透射损耗小而产生似缩径的子波叠加。因此在进行测桩时应考虑场地的地层地质条件综合判定。
（4）桩底反射的确定
一般情况下，均能找到桩底反射，但有时就找不到桩底反射，情况之一是缺陷大，淹没了桩底反射；另一种情况是桩持力层与桩阻抗匹配得好，也无桩底反射。如嵌岩桩与基岩嵌固程度好，无桩底反射。因此在分析时应充分利用地质资料，施工记录等资料来分析确定，以免产生误判。
（5）桩波速与桩砼强度
目前，提供桩砼强度的依据，主要是桩波速。但将波速作为评价桩砼强度的指标，有一定的差异，表中将不同强度砼强度的波速特征值及范围作为低应变评价桩砼强度的依据，仅作为参考值。
8.结束语
地震反射波 第4篇
近年来,浅层地震勘探在水文、工程、环境等领域的应用越来越多,所涉及的地质问题也越来越复杂[1~5],这为浅层地震勘探的发展提供了更大的应用平台,同时也对探测效果和精度提出了更高的要求。数据采集作为浅层地震勘探的首要环节,采集参数选取的是否合理,在很大程度上影响着地震数据采集的质量,而原始数据的质量好坏对于后续数据处理和 解释都有 决定性的 影响。Hunter和Pullan[6]利用小偏移距试验定义了最佳观测窗口,从而可避免声波、面波的干扰; Wilson[7]也针对偏移距与探测深度之间的关系开展了有益的研究; 戴呈祥[8]从分辨率的角度出发,从理论上探讨了道间距、偏移距等采 集参数的 选取原则; 随后胡晓光[9]、张银松和雷宛等[10]在不同的实际浅层地震工作中也对采集参数的选取进行了论证。
目前,大多数采集参数的选取主要是依靠现场的地震勘探试验来确定,但这对试验场地的选取和试验人员的勘探经验要求较高。随着计算机技术的飞速发展,数值模拟自上世纪60年代以来得到了长足的进步,它具有模型描述方便、参数调整灵活、且无需特定材料及较少的人力要求等诸多特点[11],已成为解决地震波场正演问题的主要技术手段。为此,本论文将采用数值模拟的手段针对浅层地震数据采集环节中的相关问题开展研究,以期为理论指导实践提供一种途径,同时形成一些一般性结论,供实际工作参考。
1 浅层地震地质建模基础
1. 1 浅层地震勘探特征
浅层地震勘探主要用于解决“水、工、环”等领域中的地质问题。从探测深度来看,主要为近地表几米至上百米的深度范围; 从施工环境来看,主要包括工业区、工程区或人口稠密的城市等; 从研究对象来看,大多是对浅部层位 ( 基覆界面、软弱夹层等) 或小规模的地质构造 ( 小断层、溶洞等)的勘查; 从工作周期来看,由于工程建设的施工程序环环相扣,包含浅层地震勘探在内的工程勘察成果对后续施工的开展有很大的指导作用,这就要求浅层地震勘探要保质、高效的完成探测任务。为开展浅层地震数据采集的正演模拟研究,本文主要考虑以下三个方面的特征。
( 1) 速度特征
对于深部地震勘探而言, “低速带”是指地表以下未成岩的低速介质区,其厚度可从几米到近百米 ( 个别区域达到几百米)[12],由此可见,整个浅层地震的探测范围都可能在深部地震勘探的低速带区域内。加之从工程项目的钻孔和现场开挖的剖面来看,浅部地层岩性简单、受风化程度高、层位不标准,在沉积岩地区时常伴有软弱夹层。因此,相对于深部地震勘探而言, “速度低”、“速度差异小”、“速度倒转”等现象是浅层地震勘探的主要速度特征。
( 2) 震源特征
采用炸药震源工作时,地震波的主频高、频带宽。但是由于浅层地震勘探往往是在工业区 ( 如矿山等) 、工程区 ( 公路、大坝、边坡等) 或人口稠密的城市进行,需要充分考虑震源的破坏性和安全性。因此,浅层地震勘探多采用非炸药震源 ( 锤击、夯机等) 。其中,锤击震源由于操作便捷、成本低廉且能满足大多数探测深度的需求,已成为目前浅层地震勘探中采用最为广泛的一种激发方式。与炸药震源相比,锤击震源所激发的地震波主频较低 ( 约为60Hz) ,频带较窄[13]。
( 3) 排列特征
浅层地震勘探的工作区域容易受到地形、地表建筑设施的限制,因此接收道数一般较小,并多采用单边激发的方式。同时,浅层地震勘探大多采用锤击震源在地表激发和接收,为保护记录中的高频成分和接收浅、小目标体的反射波,常采用单个检波器和较小偏移距接收的工作方式。因此,浅层地震勘探主要以单边激发的小排列、高分辨率的工作方式为主。
1. 2 地质模型及正演参数
综上所述,根据浅层地震勘探特征,建立浅层地震地质模型以及选取各项正演参数如下: 1模型大小:最大深度100m ( 模拟锤击震源) ,水平距离视排列长度而定; 2震源子波及频率: 雷克子波,主频60 ~70Hz ( 模拟锤击震源) ; 3工作道数: 12道或24道( 与目前浅层地震仪一致) ; 4速度模型: 速度参数以模拟沉积岩地区为主。模拟软件选用Tesseral 2-D,该软件采用有限差分法,可实现声波方程、弹性波方程、粘弹性波方程等数值模拟,输出单炮记录、波场快照、自激自收剖面等,并排除了许多在波动方程数值解中固有的算法问题,大大减少了计算缺陷,同时采用基于人机交互的方式建立速度—深度模型,使得建模过程更直观,操作性更强。
2 不同采集参数的数值模拟研究
浅层地震反射波法是浅层地震勘探中最常用的方法,其目的是追踪层位并连续有效地获取地下构造信息,这就需要按照一定的规则来布置激发点和接收排列,这种激发点与接收排列的相互位置关系称为观测系统。在实际浅层地震勘探中,单边放炮的多次覆盖观测系统最为常见,见图1。
在图1的观测系统中,有N个检波器 ( S1~SN) 接收地震记录,称为N道接收 ( 国内常见浅层地震仪中,N = 12,24或48) ; ΔX为相邻两道检波器的间距,称为道间距; xmin为炮点到第一个检波点的距离,称为最小偏移距 ( 或最小炮检距) ;xmax为炮点到排列最后一个检波点的距离,称为最大偏移距 ( 或最大炮检距) 。不难看出,上述各项采集参数之间满足:
注: O 为炮点; S 为自由地表; R 为反射界面
2. 1 排列长度的选取
在式 ( 1) 中, ( N - 1) ·ΔX即为排列长度。一方面,“小排列”是浅层地震勘探的特征之一; 另一方面,排列长度在很大程度上决定了施工效率,即排列长度越大,施工效率越高。
建立如下四层层状地层模型一 ( 见图2) : 模型深度为100m,长度随观测系统变化而变化。模型一参数见表1。
由式 ( 1) 可知,排列长度与道间距和接收道数有关,采用弹性波方程对模型一进行数值模拟,得到不同排列长度的单炮记录,见图3。
图3 ( a) ~ ( d) 对应的排列长度依次为230m、115m、69m、55m,其中图3 ( a) 的道间距为10m,图3 ( b) 、( d) 的道间距为5m,图3 ( c) 的道间距为3m; 图3 ( a) ~ ( c) 采用24道接收,图3 ( d)采用12道接收。各单炮记录都反映出了模型一中R1、R2、R3反射界面的反射信息。图3 ( a) 由于排列长度较大,存在广角反射所带来的波形畸变的影响,从而导致地震波在主频范围内的相位变化较大,见图4 ( a) ,不利于后期动校正及水平叠加; 图3 ( b) 中,在远炮点地段出现转换横波,并随着炮检距的增大,转换横波越严重; 而相比之下,选用小排列 ( 图3 ( c) 、( d) ) 可在同相轴交错、转换横波、广角反射引起的相位变化等方面得到较好的改善,所得到的波场记录也更为清晰,见图4 ( b) 。
2. 2 最小偏移距的选取
针对上述模型一设置如下采集参数: 道间距3m,24道接收并固定排列长度。采用粘声波方程进行数值模拟,得到不同最小偏移距的单炮记录,见图5。
从图5中可看出,由于浅层地震探测深度较浅,相比之下,最小偏移距的大小对最浅层的反射界面( R1) 的反射波影响较大。最小偏移距越大 ( 如图5( d) ) ,入射角越大,波的旅行时间也越长,导致接收到R1界面的反射波相对滞后,与R2界面的反射波波形重叠。由此可见,对于浅层地震勘探而言,最小偏移距的选取主要取决于探测的第一目的层的深度。
建立如下两层层状地层模型二 ( 见图6) : 模型深度100m,长度随观测系统变化而变化。模型参数见表2。
图7是模型二的声波方程模拟单炮记录。其中,图7 ( a) 对应图6 ( a) 模型 ( 第一层厚度20m) ,图7 ( b) 、( c) 对应图6 ( b) 模型 ( 第一层厚度10m) ; 图7 ( a) 、( b) 的最小偏移距50m,图7 ( c) 的最小偏移距20m。从图中可看出,图7( a) 中反射界面的反射信息清晰,随着第一层目的层位的变浅,远炮点的反射信息质量变差,振幅衰减明显,相位畸变 ( 见图7 ( b) ) ; 在这种情况下,通过减小最小偏移距,可以改善远炮点的反射波质量 ( 见图7 ( c) ) 。这同样表明,最小偏移距的选取受最浅目的层深度的影响较大。在实际的浅层地震勘探中,浅层的反射信息往往是勘探工作的重点,加之浅层界面的波阻抗差异较小以及强背景噪声的干扰和其他不利因素的影响,最浅目的层的埋深深度对最小偏移距的影响程度将会更大。因此,在浅层地震勘探中不宜采用较大的最小偏移距。
2. 3 最佳窗口的选取
在地震勘探数据采集中形成的单炮记录正是在一定观测系统下,地震波接收时窗的反映。通过对采样起止时间的选取,可以调整时窗在记录时间方向上的位置和大小; 通过对采样率的选取,可以调整时窗在记录时间方向上的采样间隔; 通过对最小偏移距的选取,可以调整时窗在空间方向上的位置; 通过对接收道数的选取,可以调整时窗在空间方向上的大小; 通过对道间距的选取,可以调整时窗在空间方向上的采集精度。
对于时间方向上的参数而言,主要与地震仪器的相关设置有关; 对于空间方向上的参数而言,则主要与观测系统以及采集参数的选取有关。由此可见,对于仪器参数的设置以及各种采集参数的选取而言,归根结底都是对于接收时窗的选取。当以最佳时窗接收反射地震波时,可记录到高质量的反射信息,这正是地震勘探数据采集的主要目标和任务。由于浅层地震勘探和深部地震勘探在勘探目标、深度、地质条件等方面存在明显的不同,其最佳时窗的选取也不尽相同。
( 1) 接收窗口在时间方向上的选取
在浅层地震勘探中,地表以下的几米至十几米往往是勘探的重点,在此情况下,为保证接收到最浅目的层的反射信息,浅层地震勘探的起始记录时间一般不设置延时,即记录时间起点为0ms。浅层地震仪的每个地震道采样率一般有多种不同的选择,一经选定后,采样间隔乘以采样点数就等于记录长度。一般来说,采样间隔越小,对地震波形的记录精度就越高,相应的记录长度则越小; 而采样间隔越大,对地震波形的记录精度就越低,相应的记录长度则越大。而记录长度要求能够记录到震源激发的地震波在最深目的层产生的反射,并留有一定余量。
( 2) 接收窗口在空间方向上的选取
通过对上述不同采集参数的数值模拟,结合实际浅层地震勘探 ( 锤击震源) 来看。若接收时窗越远离炮点,就越容易在最浅目的层上形成广角反射,导致记录到的反射波波形畸变。因此,时窗应位于近炮点地段,即最小偏移距等于0 ~ 3个道间距为宜。若接收时窗较宽,不同界面的反射波形可能在远炮点地段相互交错,导致波形叠加。此外,即便是在最小偏移距为零的情况下,在远炮点地段依然有可能记录到广角反射引起的波形畸变。因此,时窗不宜过宽,即排列长度的选取不宜过大。同时,由于浅层目标体的尺寸较小,为了保证对其反射界面的充分采样,道间距的选取不宜过大,一般为1 ~ 3m。而当道间距选定时,排列长度就可决定接收道数的选取。
3 结论
通过对浅层地震勘探数据采集的模拟研究,取得了以下几方面认识,供同行借鉴。
( 1)“小排列”是浅层地震勘探的特点之一,更是高质量数据采集的重要保障。在实际工作中,应权衡效率和数据质量两个因素共同选定采集参数。
( 2) 对于浅层地震勘探而言,最佳时窗的选取主要是依据浅部目的层的最大入射角,即浅部目的层位埋深与最大偏移距的关系。最小偏移距过大,固然可以远离震源,从而更好避免声波、面波等各种干扰; 而排列长度过大,固然也可以有效地提高工作效率,但同样地都造成了最大偏移距的增大,不利于对浅层目的层的探测,甚至还可能丢失浅层目的层的反射信息。
摘要：数据采集是浅层地震勘探的首要环节,对后续数据处理和解释都有重大影响。本文在分析浅层地震勘探实际应用条件和方法技术特征的基础上,建立了浅层地震地质模型,并针对不同的采集参数进行了正演模拟研究,重点讨论了不同排列长度以及最小偏移距对单炮记录的影响,由此得出了浅层地震勘探最佳窗口选取的主要依据是浅部目的层的最大入射角,即浅部目的层层位埋深与最大偏移距的关系。正演模拟结果表明,“小排列”不仅是浅层地震勘探的特点,更是数据采集质量的有力保障。
地震反射波 第5篇
关键词: 锚杆锚固技术；无损检测；曲线分析
锚杆无损检测的理论基础和方法更接近一维波动方程的假设条件。应力波检测法不会对锚杆产生破坏作用,适宜对锚杆进行大面积的质量检测,研究和应用锚杆无损检测技术十分必要和具有重要意义。
1工程试验概况
1.1工程概况
某博物馆工程位于广东江门,拟建物为1栋地上地下各2层的经营用房及博物馆,拟采用框架结构、独立基础,设计地下室底标高-6.7m,场地标高3.40～6.03m,基坑周长约326m,基坑开挖深度约10.0m。
拟建场地地形平坦,地貌类型为剥蚀斜坡,后经人工整平。基坑开挖深度范围内地层共有4层:①杂填土:层厚0.6～3.0m;②中粗砂:层厚0.5～2.8m;③强风化花岗岩:厚3.5～5.1m;④微风化花岗岩:揭露层厚3.7～4.8m。
1.2锚杆无损检测试验方案的设计
1.2.1检测原理
在锚杆端部竖向激振,弹性波沿着杆体传播,其周围水泥浆存在明显波阻抗界面时将产生反射波。因此,通过附在钢筋孔口处或水泥浆上的加速度传感器检测弹性波的传播和反射信号,经接收、放大和数据处理,可识别来自不同部位的反射信息,据此分析缺陷位置,评价水泥浆的完整性以及施工锚杆的长度。该理论及方法已广泛地应用于工程基桩测试,形成了较为完善的硬件和软件系统。
1.2.2检测仪器及设备
本工程采用成都工程检测研究所研制的最新产品ZK7E便携式智能测桩仪。该仪器为目前国内较为先进的桩基检测小应变仪器,它具有体积小、精度高、携带方便等特点,是目前较为理想的桩基检测仪器。
1.2.3试验锚杆分类及仪器安装
共制作4根试验锚杆,分别编号为1～4,参数见表1。
表1 无损检测试验锚杆参数
1.3锚杆无损检测试验过程
(1)试验锚杆位置
试验锚杆设置选取在基坑南面边坡,锚杆编号东侧为1号,西侧为2号)及西面边坡,锚杆编号北侧为3号,南侧为4号)第2层,制作水泥浆完整锚杆、带缺陷试验锚杆共4根(2-2断面2层锚杆2根,4-4断面2层锚杆2根),灌注水泥浆1周待其凝固,采用应力波反射法进行无损检测,测试其锚固体饱满度及施工锚杆长度,用于深基坑工程的信息施工。
(2)缺陷试验锚杆制作
选取长12m(2號锚杆)、15m(4号锚杆)各1根锚杆钢筋,在锚固端绑扎长度10cm、厚度10cm的塑料泡沫来模拟空腔缺陷,绑扎位置提前设计好,为防止在插筋过程中被孔壁卡住或摩擦掉落,用水泥编织袋碎片包裹,成孔、插筋后,用白油漆标注编号,以便于识别。
(3)现场锚杆测试
试验锚杆制作养护1周后,安装仪器现场测试。测试中应注意的问题:
①加速度传感器的安装。加速度传感器与锚杆的耦合是非常重要的。若安装方式不当,将会引起寄生振动;粘结状态不好,将会降低传感器的安装谐振频率,严重的还制约加速度传感器的有效使用频率,使测试失败。本试验在钢筋或水泥浆表面打磨成平面,去除浮浆膜、灰尘,用101高强胶体粘结,安装实践证明效果良好。
②首脉冲的冲击。首脉冲的好坏对锚杆锚固质量的评价有着直接的影响。理想的首脉冲应为半正弦波,且无反冲现象。要获得这一理想的首脉冲,可以从以下几个方面着手:一是传感器的安装位置一定要适合,以获得最小反冲甚至无反冲;二是传感器的耦合质量一定要高,不能降低其工作频范;三是敲击时落锤要落到实处,动作干脆利落,以尽量使首脉冲狭窄且符合半正弦规律。
③每根锚杆反复测试多次,直至3个波形大致重复为止。
2 试验曲线分析
2.1 试验时域曲线采集及分析
(1)1号锚杆,完整性好,水泥浆饱满无缺陷,长度12m,实测波形见图1。
图2 1号锚杆的实测波形及杆体对照
从图1测试结果可以看出,实测桩长12.299m,长度测试误差为+2.49%。在锚固体的底端,锚杆轴向广义波阻抗减小,故反射系数小于0,底端反射与初始波反相。由于反射波被传感器接受的方向是反射波再一次在杆顶的反射,故被传感器记录的锚杆底反射波与入射波同相。波形规则,振幅能量呈指数衰减,应力波在锚杆全长内基本无反射。应力波在锚固体中的双程走时t=2L/C=0.03155s。图1中入射波、岩层阻力及锚杆底反射波特征均与实际情形较好地吻合。
(2)3号锚杆,完整性好,水泥浆饱满无缺陷,长度15m,实测波形如图2所示。
从图2可以看出,测试长度15.153m,长度测试误差+1.0%。由于使用了铁锤敲击,提高了荷载力,波速有所提高,应力波在锚固体中的双程走时t=2L/C=0.0168s,虽然比1号锚杆长度增加,但耗时却减少。由图2可见,波形规则,锚杆内端反射波易于判断。
(3)2号锚杆,完整性差,水泥浆缺陷距离杆端5.6m,泡沫长度约10cm,锚杆长度15m,实测波形见图3。
从图3可以看出,在锚杆底部反射信号到达之前,响应曲线的幅值衰减存在畸变(不符合衰减规律),存在反射波的叠加,锚固体内必存在缺陷。缺陷的性质或波阻抗分界面的性质决定了反射的极性。
奇次反射信号和偶次反射信号均为同相反射,说明该处的波阻抗减小,可能由锚固体中水泥浆的空腔原因引起。2号锚杆缺陷的位置χ0=5.64m,位置误差±0.04m.从图3中可以读出实测桩11.78m,测试误差为-1.83%.应力波在锚固体中的双程走时t=2L/C=0.0092s.
(4)4号锚杆,完整性差,第一个水泥浆缺陷距离杆端10.0m,第二个水泥浆缺陷距离杆端12.0m,泡沫长度约10cm,锚杆长度15m,实测波形见图4.
从图4可以看出,缺陷1的位置χ1=10.13m,与预先绑扎的泡沫位置误差±0.13m.缺陷2的位置χ2=12.06m,与预先绑扎的泡沫位置误差±0.06m,实测结果与预先设置方案完全吻合.从结果可以看出实测桩长14.954m,测试误差为-0.31%.应力波在锚固体中的双程走时t=2L/C=0.0229s.
2.2 锚杆无损检测试验结果分析
(1)从图1和图2可以看出,注浆密实无缺陷的锚杆波形规则,锚杆杆端反射波易于判断.弹性波在钢筋的端部有十分明显的反射波,且与首波同相位,而在钢筋的其他部位,波的传播基本为直线,说明当钢筋周围为均匀介质时,不产生反射波,传播速度均匀.从图中可以读出锚杆长度、应力波到达顶端、底端时间、反射处的瞬时波速以及复合杆体中的平均波速,波速的大小和变化能够反映水泥浆的密实程度情况.
(2)从图3和图4可以看出,水泥浆存在缺陷的锚杆,波形在缺陷位置存在明显反射,或出现不规律波形.砂浆缺陷是指砂浆在钻孔中某处存在如空浆、不饱满或欠密实或轻微离析等.当曲线中某段的波形出现严重的衰减时,则判断为空浆,是因为空浆段一般为空气,介质相对均匀,空浆段反射波很弱;当波形某段反射波振幅时大时小时,则判断为该段有少量砂浆或者一半浆;当砂浆有局部缺陷时,围裹在钢筋周围的介质不均匀,将产生强烈的反射波信号或者引起该部位波形畸变,这时可判断为局部砂浆不饱满或者欠密实或者轻微离析,由于钢筋、水泥浆和岩石三者的波阻抗有明显的差别,因此反射波信号一般较明显.
(3)将锚杆1号与2号、3号与4号分别对比,可以得出结论:完整性好的锚杆,波形规则,有规律,杆顶、杆底反射信号明显,与首波信号同相;水泥浆不饱满、完整性差或存在缺陷的锚杆,杆体内波速时大时小,不规律,严重缺陷处反射明显,波形产生畸变,幅值衰减严重,由此可以判断注浆的饱满程度和缺陷位置.
3 结束语
总之，应力波反射法检测桩身完整性具有省时、快捷、简便及经济等优点，对其现有技术普及和推广在保证桩基工程质量、加快施工进度等方面起到积极的作用。
参考文献
地震反射波 第6篇
随着国内工程建设的发展, 对工程地质勘察工作技术要求日益严格, 传统的地质钻探手段已不能完全满足设计部门的需要, 尤其是在山区, 工程地质勘察不仅仅要查明拟建场地各土层的工程特性, 还需查明该场地下是否存在采空区、岩溶塌陷或断层等对建筑物存在不利影响的地质条件, 因而人们采取了物探与钻探相结合的综合手段开展地质勘察工作, 来完善和充实基础地质资料, 以便为设计提供客观而全面的依据。浅层地震反射波法作为工程物探方法之一, 是钻探施工的先行手段, 并具有分辨率高、勘探深度范围大、成果直观明显等优点, 被广泛应用于矿山采空区、岩溶塌陷和断层探测中, 在城市发展、山区建设和地灾治理等许多方面具有显著的应用效果[1~5]。
1 工程概况
曲阳县某公司拟建一栋办公楼、一栋职工宿舍楼, 均为砖混结构, 办公楼长47.0m、宽11.0m、四层, 职工宿舍楼长55.2m、宽11.0m、四层, 均拟采用条形基础, 工程安全等级为二级。
拟建场地位于该公司原煤矿采煤区域范围附近, 由于地下采空区及采煤巷道对建筑物危害较大, 特别是周边一些民营小煤窑, 既无完整的地下开采图纸, 其采空区和采煤巷道又没有牢固的支护, 曾因局部塌陷等造成地表不均匀沉降, 使拟建场地附近的许多房屋产生裂缝或倾斜。因此查明该拟建场地内是否存在地下采空区或采煤巷道及其位置、埋深、走向是非常必要的。
2 工作区地质及地球物理特征
拟建场地位于曲阳县灵山镇西, 属于太行山北部东麓的低山区与山前丘陵交汇地带, 场地周边出露的岩石为二叠系下统山西组砂岩、页岩, 地表为第四系覆盖层。根据区域地质资料和钻探成果, 该场地在15m深度范围内揭露地基土, 根据其成因、年代及地层岩性可划分为3层, 见表1。
根据资料显示, 第四系沉积土层与二叠系山西组砂岩之间有较明显的波阻抗 (ρ·V) 差异, 同时, 本场地具有地形起伏较小、无明显高阻层屏蔽、界面上下或两侧地质体有较明显的波速差异等浅层地震反射波法使用的客观条件, 均满足规范[6]中9.5.2条之规定, 为浅层地震反射波法的应用提供了地球物理前提。
3 工作原理
地震勘探是通过观测和研究人工地震 (炸药爆炸或锤击激发) 产生的地震波在地下的传播规律来解决地质问题的一种地球物理方法[7], 在岩土工程勘察中运用最多的是高频、高分辨率的浅层地震反射波法 (频率<200~300Hz) , 可以探查与研究深度在100m以内的地质体。
浅层地震反射波法[8] (见图1) , 是以地下介质间的波阻抗差异为前提, 当给地面施加一个冲击力, 使介质质点发生弹性振动时, 该振动变化以应力波的形式在介质中传播, 若应力波在传播过程中遇到波阻抗界面时, 应力波就会产生反射 (或折射) , 通过地面的检波器接收该反射波信号, 利用浅层地震全程多次反射波的时距曲线方程 (1) , 经计算机进行数据处理和分析, 形成反射波的时距曲线, 通过对该曲线特征分析与研究, 可得到地下介质的变化情况, 达到勘探目的。
时距曲线方程为:
式中:t—反射波传播的时间 (s) ;x—激发点与接收点间的距离 (m) ;h—法线深度 (m) ;φ—倾角 (°) ;v—上覆介质的波速 (m/s) 。
4 野外工作方法
4.1 工作布置
由于拟建场地距离该镇发电厂较近, 电磁干扰较大, 使用电法勘探难以取得好的效果, 故而采用高分辨率浅层地震反射波法进行勘探工作。
本次工程物探勘察的重点是查明拟建场地120m×20m范围内地表以下30~75m深度内有无地下采空区或采煤巷道分布, 并查明其位置、埋深和走向, 为建筑物的基础设计提供资料。依据规范[9]要求, 结合拟建办公楼及职工宿舍楼的位置, 共布置了4条浅层地震勘探剖面线 (编号为L1~L4) , 4条剖面线呈“井”字型排列 (见图2) 。其中, L1、L2两条东西向剖面线长度均为130m, 其间距为11m, 主要控制和查明拟建物南北向地表下的地质情况;L3、L4两条南北向剖面线长度均为60m, 其间距为60m, 主要控制和查明拟建物东西向地表下的地质情况, L3位于职工宿舍楼的中部稍偏西位置, L4从办公楼的中间部位通过。
4.2 工作技术参数
数据采集使用德国DMT公司生产的SUMMITⅡ数字浅层地震勘探系统, 其主要技术指标为:分布式观测系统, PC控制, 适合二维和三维观测, 二维测量时PC机控制575道, 采用24位数模转换技术, 具有高分辨率, 达到24bite A/D转换, 动态范围120d B, 抗干扰能力强, 能适应任何环境工作。
观测系统具体参数为:采用24道单边接收, 6次叠加观测系统, 道间距2m (1m的CDP网格) , 偏移距10m, 炮点距2m。采用锤击震源, 4~6次垂直叠加。采样间隔0.25ms, 记录长度0.5s, 记录数据格式SEG-2, 全带接收, 检波器采用3个DX20-60Hz检波器串。
4.3 数据资料处理
对采集到的数据进行处理, 重点是消除和压制干扰, 提高信噪比和分辨率, 包括数据格式转换、道编辑、频谱分析、数字滤波、动校正、速度扫描和速度谱分析、CDP叠加以及道均衡处理技术, 最终得到水平叠加的时间剖面, 处理流程见图3所示。
浅层地震勘探分辨率与地震信号的频带宽度有关, 频带越宽, 分辨率越高, 同时还与地震波的主频有关。频谱分析结果显示, 锤击震源的峰值频率约为70Hz。把1/4地震波波长作为解释断层的分辨率, 考虑到实际工作的干扰因素, 本次勘探分辨率为0.5m。
5 物探成果及分析
5.1 浅层地震波特征
通过采用浅层地震反射波法、速度谱分析和速度扫描得到各层的平均速度和层速度, 根据平均速度和层速度, 对比分析时间剖面的反射波组, 确定反射层的构造形态, 获得了L1~L4测线的水平叠加时间剖面, 见图4~图7。
由图4-图7可见, 浅层地震剖面的波场层次清晰, 分辨率较高。根据反射波震相、层组对比关系, 从20ms到120ms之间存在3个明显的反射波组T1、T2、T3 (见图中所示位置) , 各波组之间基本平行, 同相轴连续性较好。结合现场观测的地质情况分析, 地震剖面基本反映了90m左右深度内的地质情况。T1波组在时间剖面上出现的时间约40ms左右, 波组连续, 能量较强, 地震波平均速度约667m/s, 深度约13.3m, 是第四系沉积土层与砂岩分界面的反映;T2波组在时间剖面上出现的时间约60ms左右, 波组连续, 能量较强, 地震波平均速度约1340m/s, 深度约40.2m;T3波组在时间剖面上出现的时间约100ms左右, 由于锤击能量有限, 反射能量较小, 受面波的干扰, 局部地段波组连续性较差, 地震波平均速度约1800m/s, 深度约90m。推测T2、T3波组可能是含煤地层的反映。
5.2 地质解释
当煤炭开采所留下的巷道或采空区塌陷后, 塌陷填充物与围岩之间存在明显的物性差异, 可形成明显的地震反射波, 使得在时间剖面上地震反射波相位明显滞后, 这是因为地震波在穿过塌陷填充物时速度明显降低的结果;当煤炭开采所留下的巷道或采空区保存完好, 没有发生塌陷时, 地震波很难穿过这一采空区, 使得在时间剖面上地震反射波出现空白, 连续稳定的地震反射波在采空边界突然终止, 并且在采空区和采空区以下地层界面的反射波表现的杂乱无章。
依据上述原理分析, L1线和L2线上距离40~50m及90~100m处, 地震反射波发生异常, 反射波相位明显滞后, 由此可推测拟建办公楼地表下存在采空区塌陷, 深度约54m左右, 拟建职工宿舍楼地表下亦存在采空区塌陷, 深度约46m左右;L3线和L4线地震反射波连续稳定, 没有发现采空区或采煤巷道。
结合其它资料综合分析, 推断拟建场地下方存在两条北北西向的采煤巷道, 现均已出现不同程度的塌陷, 其中西侧通过办公楼地表下的采煤巷道塌陷较为严重, 塌陷范围较宽。推测的采煤巷道的分布情况见图8所示。
由于采空区塌陷使得上部岩石出现不同程度的下沉, 导致地表产生不均匀沉降, 是拟建场地附近房屋出现裂缝或倾斜的主要因素。
6 结论
通过对拟建场地采用浅层地震反射波法进行工程勘察, 基本查清了场地下采空区的分布状况, 得出以下几点结论。
(1) 拟建场地采用高分辨率浅层地震反射波法进行勘探, 经试验确定的观测系统和技术参数是正确的, 取得了较好的勘探效果。
(2) 浅层地震剖面较好地反映了地层分界面, 3个反射波组的反射时间分别为40ms、60ms、100ms左右, 界面深度分别为13.3m、40.2m、90m。
(3) 根据物探成果, 推断拟建场地内地表下方存在两条采煤巷道, 北北西走向, 拟建职工宿舍楼地表下采煤巷道深度约46m, 拟建办公楼地表下采煤巷道深度约54m, 两条巷道均已有不同程度的塌陷, 西侧办公楼下巷道坍塌偏严重。
(4) 建议拟建物应尽量避开采煤巷道, 当确实无法避开时, 应采取加大基础的措施, 提高上部结构的强度、刚度与整体性, 以降低地基不均匀沉降对建筑物的影响, 具体设计参数以对拟建场地进行钻探勘察确定的参数为准, 同时, 亦应根据钻探成果验证浅层地震反射波法确定的上部土层与砂岩分界面的深度及最终推断结果的准确性。
参考文献
[1]吕继东, 王俊茹.浅层地震在高架桥地基勘察中的应用[J].工程勘察, 2002, (5) :66~68.
[2]周竹生, 蒋婵君, 郭有刚.浅层地震反射法在隧道工程勘探中的应用[J].工程地球物理学报, 2008, 5 (5) :16~18.
[3]王俊茹.浅层地震在岩溶塌陷及采空区勘测中的应用技术研究[J].工程勘察, 2003, (5) :65~67.
[4]郑红波, 刑玉清.地震横波勘探与联合剖面法在城市地质调查中的综合应用[J].工程勘察, 2011, 39 (12) :72~76.
[5]任妹娟, 任政委, 彭成等.绕射波技术在地裂缝勘查中的应用初探[J].工程勘察, 2014, 42 (1) :91~94.
[6]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范 (GB 50021-2001) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2001.
[7]刘天佑.地球物理勘探概论[M].北京:中国地质出版社, 2000, 215~251.
[8]张胜业, 潘玉玲主编.应用地球物理学原理[M].武汉:中国地质大学出版社, 2000, 299~364.
论低应变反射波信号现场采集技术 第7篇
1 基本原理
反射波法是根据应力波在一维弹性介质中传播时遇阻抗发生变化时,应力波在变化处发生反射和透射现象,根据这一原理分析阻抗的变化情况。当桩长远大于直径时,可视为一维杆弹性介质体,应力波从桩顶向下传播,其传播方程式为:
其中,A为桩截面面积,m2;L为桩的长度,m;C0为桩的纵波波速,m/s;E为混凝土弹性模量,MPa,E=ρ0C
由冲量定理可得:
根据连续条件,在界面两侧质点速度应相等:
又根据牛顿第三定律,界面两侧应力相等:
其中,下标I,R和T分别为入射波、反射波和透射波的有关参量。由上式引导推出:
最终推出:
反射系数:F=(1-n)/(1+n);
透射系数:T=2/(1+n)。
其中,n为阻抗比,n=(ρ0C0)1/(ρ0C0)2。
根据n,F的大小判定
2 现场采集的技术问题
2.1 桩头的处理
桩头处理是检测工作的第一步,也是至关重要的一步,桩头处理得好坏直接影响信号采集的优劣。首先从理论上分析一下桩头处理的必要性,不论是低应变检测,还是高应变检测,其分析理论均基于波沿桩轴线的传播规律。当波在桩身传播过程中通过截面阻抗变化导致波在该截面处引起反射和透射,如果桩头几十厘米或更多的浮浆没有处理干净,将会干扰采集的真实信号波形。假设桩头有Δl厚的浮浆,在Δl截面处,上面桩身阻抗Z1=ρ1C1A1,下面桩身阻抗Z2=ρ2C2A2,其中,Z1,Z2均为桩身截面阻抗;ρ1,ρ2均为混凝土的密度;A1,A2均为桩身截面积,因为在Δl处上部为浮浆,所以ρ1<ρ2,C1<C2,设A1=A2,则Z1<Z2,则当波传播到Δl截面处引起波的反射和透射时,相当于在Δl处出现了“扩径”现象,由此可以看出,桩头如有浮浆会直接干扰采集的真实信号波形,容易误判为桩身在Δl处有扩径现象。
在上述分析中,我们虽然承认ρ1<ρ2,但有可能A1>A2,比如钻孔灌注桩在成孔时,上部安装一个直径大于孔径的护筒,最后浇灌混凝土时按护筒的直径浇灌,这样有可能出现ρ1A1>ρ2A2,设C1=C2,那么Z1>Z2,如果ρ1≈ρ2,也同样是Z1>Z2。当波传递到Δl截面产生反射和透射时,在时域曲线中出现了同相位反射,易判为缩颈现象,但这种缩颈并不能真实反映桩的直径小于设计直径,还必须考虑桩顶的实际直径后才可以下结论。
2.2 传感器安装
传感器安装一定要保证传感器与被测桩头的刚性粘结,以提高传感器的谐振频率,传感器安装一定要垂直,如果传感器安装方向(即设计振子的振动方向)与桩的长度方向不平行(或者是与桩头端面不垂直),就会存在一个夹角α,那么质量块m轴线与桩的长度方向也存在α角(当然锤击方向与桩端面垂直),当传感器受到激振后,质量块m就沿两个方向运动,Vx=V0sinα(ax=a0sinα),Vy=V0cosα(ay=a0cosα)。如果α→0,则Vx=V0(ax=0),Vy=V0(ay=a0),若α较大则不可忽视,Vx=V0sinα(ax=a0sinα),Vy=V0cosα(ay=a0cosα),质量块就存在二维效应,一维波动在此就会受到干涉,仪器的信噪比就会降低,仪器所采集到的信号就会失去可靠性、准确性,所以α值要控制在一定范围内,一般为±10°。
2.3 激振点和测点的选择
激振点应选择在桩的中心,测点应选在距桩中心2/3半径处,根据桩径大小,从桩心对称布置2个～4个检测点,每个测点记录的有效信号数不少于3个。
2.4 激振技术
激振力的方向应与桩顶横截面垂直,假设激振力的方向与y轴的方向有一夹角θ,则桩顶面受x,y两个分力,从理论上看,桩顶面除了向下作整体运动外,还存在着局部横向振动,这种振动随圆心距增加而逐渐变小,尽管如此,Fx所引起的振动产生横波,而传感器所要接收的是Fy所产生的纵波,这样这种横波对纵波就会形成一种干扰,即噪声,传感器传输到计算机上的信号就会失真。如果在式Fx=Fsinθ,Fy=Fcosθ中,θ越大,则Fx越大,Fy越小,结果传感器接收到的干扰信号就会越强烈,信噪比就会大大降低,信号失真越明显,因此在检测过程中要把θ角控制在一定范围内,一般在10°以内。
激振能量要适中。由于置于地层中的桩,其波阻抗(ρ1C1)较地层的波阻抗(ρ2C2)要大得多,因此桩头激振的脉冲波能量主要集中在桩身内传播,扩散出去的能量较少。只要脉冲波的频率适中,并非需要8 lb～12 lb的大锤去敲击,即可获得桩底反射波。甚至很长的桩,其长径比L/D>70亦可获得桩底反射(传统观念认为L/D>30是反射波的极限)。在硬地层由于桩身内脉冲波能量扩散出去的较多,所需激振能量应略大一些。嵌岩桩则视持力层岩体的风化程度、嵌固情况及沉渣厚度来决定激振的能量和频谱成分。
对于不同的测试目的,应选用不同材质的锤头来测试,对于桩长较长的桩,应优先选用尼龙头、铝合金头等软质锤头激振,以降低激振频率,获得桩底反射信号;而后选用铁质等锤头激发较高频率的信号,测试浅部缺陷。
2.5 电压稳定性
无论是国产的还是进口的基桩检测仪,它本身都带着稳压系统。值得注意的是稳压电压一般在(1±10%)220 V左右,即它的稳压范围在198 V～242 V工作区,如果在检测时正值用电高峰,或者使用施工单位自发电源,这时的电压很可能不在仪器的正常工作电压范围,它的输出特征就可能工作在不饱和区或截止区,这样三极管就不能正常工作,功率放大器就不能正常运行。当传感器将接收到的信号传输到采集仪,经功率放大器放大后信号就会失真,建议尽量使用直流电源,在使用外接电源时最好在交流电输入端加一个220 V稳压器,这样提供给仪器的电压波动就不会太大,测试的数据质量就可得到保证。
3 结语
1)清除桩头浮浆,直到新鲜混凝土面且无松动、裂纹等方可检测,特别是锤击点和传感器安装点要坚实、平整。2)传感器安装要与桩头混凝土粘结紧密,传感器与桩长轴线方向的夹角α要控制在10°以内。3)激振点应在桩中心,传感器安装点在距桩中心2/3R处。4)激振力的能量要适中,方向与桩长轴线方向夹角θ控制在10°以内,以保证激振的振动模式单一。5)提供给仪器系统的电压应稳定,尽可能用直流电源供电。6)现场采集时先要找出桩底反射信号的特征,如果通过滤波,指数放大后仍未发现桩底反射信号特征,应及时与现场监理对桩身完整性进行分析,看桩身是否存在严重缺陷,如果有异常应及时与建设单位及现场监理工程师联系。
参考文献
[1]贺建怀,罗津辉.应力波理论与动测实用技术[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1997.
地震反射波 第8篇
关键词：NiosⅡ,低应变,SoPC,检测系统
信息化、自动化、智能化、高集成度已经成为当今工程技术领域的发展趋势,并广泛应用于各个领域。可编程片上系统(SoPC)技术将中央处理器、内存、I/O接口以及大型可编程数字逻辑单元融合到单块FPGA芯片上,使得整个系统小型化、集成度高、灵活性强、功耗低且成本低廉。
基桩的低应变完整性测试因其简单易用及较低的成本,被广泛用于分析和评价基桩的工程建造质量。大多数传统的低应变桩身检测仪器都采用独立的单元:包括信号调制单元、模数转换器、存储器、微控制器及其外围电路和PC104工控机。因此,其很难在功耗、成本及抗噪性上令人满意。本文提出了一种基于以Altera NiosⅡ软核处理器为核心单元的SoPC的智能低应变反射波检测系统。该系统的硬件结构包括信号采集单元、存储器模块、电源模块、LCD触摸屏、USB/UART接口及SoPC模块Altera CycloneⅡEP2C8。
1 低应变反射波法简介
大多数的基桩缺陷检测都是基于音波回音法,低应变反射波法也不例外。在该方法中,通过直径4～5 cm的小锤敲击基桩顶部得到震源。再利用基桩上的加速度计来捕获记录加速度的变化情况,进而计算得到速度时间曲线[1]。其示意图如图1所示。
图1中横坐标为速度,纵坐标为时间。该测试记录能反映出震源波在桩内的运动情况。根据一维波理论,声波信号的幅度是一个与基桩阻抗相关的函数。因此,基桩的长度及缺陷的位置便可由式(1)计算得到。
其中,D为声波反射的深度,V为波速,t为声波在基桩中运动的时间。
实际应用中,利用测试时得到的数据,可以通过式(2)来计算其深度[2]。
其中fsr为模数转换器的采样频率,N为采样次数。
因为选用的是加速度计,速度的值可由式(3)得到:
其中i为自然数,ai为加速度值,Vi为对应的速度值,ai可由模数转换器的转换结果乘以加速度计的系数计算得到。
2 系统组成与设计原理
根据上述介绍,不难得知系统设计的关键便是获取低应变反射波的波速及模数转换器的采样频率。整个系统由加速度传感器、信号采集单元、SoPC模块、电源模块及其他外设电路组成,如图2。
将加速度传感器按照规范要求,安装在桩头磨好的位置,用黄油等介质进行耦合。用手持小锤进行敲击后,进入检测进程。首先由信号采集单元收集加速度传感器的输出信号,信号经过与加速度传感器输出端并联的电阻处理,由电流信号变为电压信号,并通过滤波器处理滤掉高频噪音后,经模数转换器捕获超过阈值电压的信号,并将转换后的信号存储到外部闪存中。最后由控制核心模块读取闪存中的数值并进行数据处理,将采集到的反射波形显示到系统的触摸显示屏上。并可通过USB/UART接口,将这些数据传输给PC机。
3 系统的硬件设计
3.1 SoPC模块设计
基于CycloneⅡFPGA EP2C8的SoPC模块是整个系统的核心。如图3所示,NiosⅡ软核处理器通过定义了主从设备之间接口与通信时序的Avalon交换式总线连接多个IP核[3]。SoPC Builder也支持在设计中整合自定义的IP核。
根据系统结构需求,IP核的设计如下:
NiosⅡ/经济型软核处理器:SoPC Builder中包含三种可选的软核处理器[4]。NiosⅡ/经济型软核处理器具备最小的体积,完全能满足本设计的应用需求。
片上存储器:EP2C8 FPGA提供165 888 bit的RAM内存,共计36个M4k的存储块。
定时器模块提供了系统所需的时钟中断。
并行输入输出模块(PIO)通过2 bit的二进制信号来控制滤波器的截止频率,并负责检测触发信号。
串行外设接口(SPI)作为从属设备来与模数转换器通信。
通用异步收发器(UART)提供了人机交互接口。反射波数据经过采集和调制后,可以通过USB-UART转换芯片CP2102将其由SoPC模块上传至电脑做进一步的处理。这里,USB接口可被视作一个虚拟的通用异步收发器来访问。
LCD模块用来控制分辨率为320240的液晶触摸屏,其参数可自行定制。
EPCS、CFI和SDRAM控制器的作用是控制外围扩展存储器。EPCS控制器在系统启动时从EPCS4(串行配置芯片)下载硬件配置文件到FPGA。CFI(通用闪存接口)控制器具备32 Mb的Avalon接口(S29AL032),SDRAM控制器同样也具备64 Mb的Avalon接口,为访问存储器提供了便利。系统运行中,闪存存储配置文件,而SDRAM存储各类数据。
所有的模块将由用户或SoPC Builder指派不同的地址。NiosⅡ处理器通过Avalon总线访问这些模块或外部设备。
3.2 信号采集模块
选择用于低应变反射波检测系统的加速度传感器,必须使其与小锤在敲击后产生的反射波的频率匹配。一般来说,用于基桩无损检测的有效信号频率为0～2 kHz,加速度传感器LC0104T正好满足这个条件,其敏感度为100 mV/g,量程为50 g,且频率范围达到9 kHz,安装谐振点为27 kHz。基于SoPC的信号采集模块信道噪声低,精度高,如图4。
加速度传感器的输出端与20 kΩ的电阻并联,将电流信号转换成毫伏级的电压信号。在信号传输过程中,用二阶有源巴特沃斯低通滤波器来优化信号,并过滤掉高频噪声。NiosⅡ通过PIO可以控制4个可编程中断的频率,分别是500 Hz、1 kHz、2 kHz和4 kHz。
AD7764是一种高性能、高速率、24位的Σ-Δ型A/D转换器,融合了宽输入带宽、高速率的特性,312 k Hz输出数据速率时动态范围为109 dB,并且与FPGA有着灵活的SPI接口(SCO、nFSO、SDO、SDI)。FPGA中50 MHz的外部时钟信号可通过锁相环分频输出20 MHz时钟信号,以此驱动AD7764的MCLK,并使A/D转换器的nRESET端口在每个MCLK时钟周期中被置低,这样,NiosⅡ就可以通过SPI从模块读取包括24位转换数据的32位信号。
为了记录整个波形,低应变反射波的采样流程如下:通过LCD触摸屏发出采集信号指令,当触发器侦测到通过滤波器的输入信号的电压达到阈值电压时,便传送给NiosⅡ处理器一个低电平到高电平的跳变信号,NiosⅡ处理器马上记录此阈值电压信号的存储地址。A/D转换器开始捕获1 024个采样的输入信号,NiosⅡ将24位转换数据写入外部闪存S29AL032中。最终,通过对加速度传感器的数据处理,整个波形就可以用多个这样的存储地址中的数据,通过式(3)复原。
4 系统的软件设计
4.1 基于NiosⅡIDE的软件开发
此开发环境可在进行软件设计时,自动根据NiosⅡ处理器系统的需求生成开发向导,包括:硬件抽象层、可调节的实时操作系统和设备驱动[5],避免了手动设置带来的不便,从而节省了时间,缩短了开发周期。基于SoPC平台NiosⅡ处理器的软件开发环境有了很大的发展,整个软件系统由分别实现不同软件功能的模块组成,模块包括:主程序模块、中断子程序、A/D转换子程序、数据处理子程序、LCD显示屏控制程序和触摸子程序。图5是整体软件设计的流程。
开始初始化后,对桩长等参数进行设置,然后通过触摸屏中断的方式选择相应的中断子程序。收到触发信号并开始检测后,信号采集模块将加速度传感器输出的信号与阈值电压进行比较,把有用的信号经A/D转换存储到寄存器中。在采集信号存储完后,通过触摸屏选择数据处理中断子程序功能,开始对寄存器中的数据按第1部分中提到的算法进行处理,并将波形结果显示在触摸显示屏上。并可由触摸屏选择USB接口中断子程序,将所有数据上传给PC机,做进一步的分析和计算。
4.2 μClinux操作系统的移植
将μClinux移植到SoPC模块中,可以使系统表现出完好的实时性和稳定性。μClinux操作系统可以和没有内存管理单元(mmu)的NiosⅡ处理器兼容,并且可以下载到嵌入式硬件平台中[6]。
首先,在Linux Developer Bash开发环境中配置和构建内核。建立映像文件和linux.flash,生成的linux.flash文件即为μClinux的内核映像。将linux.flash文件下载到SoPC模块中,完成内核映像的加载。
除了装载内核,还要装载根文件系统。μClinux使用romfs文件系统,比一般的ext2文件系统需求空间更小。在宿主机Linux的target目录为μClinux下的根目录,用当前的脚本和工具将其转换成映像文件romdisk.flash。然后根据userland/.config文件中相应变量的指示将应用程序二进制拷贝到target目录中,将应用程序加载到文件系统中并更新romdisk.flash文件,最后下载romdisk.flash文件到SoPC模块中。这样,就可以将μClinux操作系统及应用程序成功地移植到SoPC模块。
本系统充分利用SoPC的高集成性和灵活性,将复杂的电子系统简单化、小型化,不仅节约了开发成本也更适应绿色电子产品低功耗、耗材少的要求。
经实际测试,用本系统检测一根桩长为5 m的基桩,数据采集和处理正常,能通过预设的软件将结果显示在触摸屏上(如图6所示)。并能成功地与PC机进行传输,将采集的波形送至PC机进行进一步的分析。测试表明系统具有方便易用、可裁剪性强、扩展方便等特点,具有广泛的市场前景。
参考文献
[1]CHOW Y K,PHOON K K.Low strain integrity testing ofpiles:three-dimensional effects[J].Geotech GeoenvironEng,ASCE,2003,129(11):1057-1062.
[2]NI Sheng Huoo,LEHMANN L.Low-strain integrity testingof drilled piles with high slenderness ratio.Computers andGeotechnics,2006,33(9):283-293.
[3]李兰英.SoPC设计原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[4]Altera Corporation.NiosⅡProcessor Reference Handbook.http://www.altera.com.cn/literature/lit-nio2.jsp,2009.
[5]Altera Corporation.NiosⅡSoftware Developer's Handbook.http://www.altera.com.cn/litera.com.cn/literature/lit-nio2.jsp,2009.
浅谈低应变反射波法桩基的检测 第9篇
低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件 (桩长>>直径) , 在桩顶锤击力作用下, 产生一压缩波, 沿桩身向下传播, 当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时, 将产生反射和透射波, 反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。
桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ等决定:Z=ρCA
假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面, 界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1, 上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。
a.当Z1=Z2时, 表示桩截面均匀, 无缺陷。
b.当Z1>Z2时, 表示在相应位置存在截面缩小或砼质量较差等缺陷, 反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。
c.当Z1
当桩身存在缺陷时, 根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t和桩身传播速度C来推算缺陷位置Lx:Lx=△t2C/2
2 检测工程中需注意的事项
2.1 桩头的处理。
直接在素混凝土 (浮浆) 上进行测试, 结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装, 无论怎么改变振源, 测试信号都不理想, 往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。一般情况下, 桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止, 而且要尽量平整、干净 (桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水) ;这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前帮忙进行桩头处理, 这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。
2.2 传感器的安装。
传感器的安装对现场信号的采集影响较大, 理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大, 传递特性越好, 测试信号也越接近桩面的质点振动。所有动测均要求如此。
对实心桩的测试, 传感器安装位置宜为距桩心2/3~3/4半径处;对空心桩的测试, 锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上, 且与桩中心连线形成90°夹角, 传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。传感器的安装技巧以及耦合剂的选择对加速度计和高阻尼速度计很重要。安装之前, 应找到1-2块平整面 (不太平整时可用斧头、凿子等工具修理或用调好的石膏填充) ;安装面有灰时, 应吹尽、揉尽或洗尽以确保安装时粘接紧密。
桩头不平时, 以石膏安装最好。稠度低的黄油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖和泡泡糖、颗粒粗的粘土均不能使用。有一种罐装橡皮泥弹性太好, 用它安装传感器往往有寄生振荡存在, 不少人吃过这方面的亏, 下列几种耦合剂值得选用:a.牙膏:干净方便、快速实用;b.黑色黄油 (或粘性好的黄油) 或凡士林:粘性好的黄油经济实用, 但太脏, 夏天效果亦不甚理想;凡士林经济实用, 较干净;c.粘性好、弹性差的橡皮泥, 以捏成团用力扔到墙上不掉下为选择标准;d.石膏:较适合于不平整的桩头;口香糖:用口加工后使用。
2.3 击振点及击振方式的选择。
击振信号的强弱对现场信号的采集同样影响较大, 对实心桩的测试, 击振点位置应选择在桩的中心;对空心桩的测试, 锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上, 且与桩中心连线形成90°夹角, 击振点位置宜在桩壁厚的1/2处。
对长大桩测试一般应当用力棒或大铁球或击振, 其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小, 适宜于桩底及深部缺陷的检测, 桩底及深部缺陷的信号反射较强烈。但由此很容易代来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时, 建议用小钉锤或钢筋进行击振, 因其重量小、能量小、脉冲窄、频率高, 可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。
安装面、击振点、激振方式的选择与优劣判断!选择多个安装面和击振点非常必要, 浅部缺陷反射的应力波大小与敲击点和安装点很有关系, 当发现浅部有缺陷时, 应尽量在各个方位测试一下。
振源主频和振幅是衡量激振效果的两个主要指标, 振源主频和振幅过高, 加速度计的输出特性容易恶化, 信号出现漂移;速度计则很可能会激发其安装谐振频率, 产生寄生振荡。
3 对砼强度的判断
低应变反射波法测出的波速为整桩的平均波速, 其准确性依赖准确的桩长和桩底反射时间, 波速与砼强度之间没有一一对应的关系, 因此不能给出每根桩对应的砼强度, 但是我们可以根据同一工程所有测试桩的波速平均值来估计砼强度等级。
有相关性, 呈正相关关系, 但不是一一对应关系, 也不是线性关系。
因地区不同而不同, 和粗骨料等有关系。
自由桩试验结果 (粗骨料:武汉地区的石料) 仅供参考
a.电线杆:4100~4650m/s
b.标称C60、C80 PHC预应力混凝土管桩:4100~4200m/s
c.标称C25~C30预制方桩:3700m/s左右
对于同一根桩, 检测方法不同, 波速关系如下:
声波透射法波速>低应变实测波速>高应变实测波速。
超声波检测混凝土强度的方法和声波透射法基本一致。
4 时域、频域分析
如何利用频域分析判断桩身完整性?先将时域信号进行适当压缩, 然后作幅值谱 (加速度信号系数为积分谱) , 确保频域曲线的分辨率。其次, 排除干扰峰, 一般来说, 高频端 (谷侧) 如凸显单一高峰, 而测试系统又有出现安装谐振之可能, 那么该峰当为安装谐振峰, 一般来说, 此峰属50Hz干扰, 也不应参与完整性分析。再次, 寻找桩底, 亦即整桩谐振峰, 排除干扰后, 屏幕左侧的第一 (对于小桩或柔性桩而方, 如桩土系统出现如动力参数法假定的那种桩土系统共振, 其频率最低, 因而整桩谐振峰当为第二) 峰, 对应的频率即为整桩谐振基频, 对于明显的端承桩而言, 该频率所对应的深度大约为2倍桩长 (此时, 该峰幅值远高于其它峰) , 而绝大部分情况下与桩长对应, 观察谱图中是否有形态类似的谐振峰, 利用相邻峰间差等于桩长和阶数增加幅值减少 (它排除干扰路线后) 的关系进一步判断整桩谐振峰。如谱图中有凸的谐振峰出现, 读出其对应的深度 (以基频待) , 并在时域加以验证, 判明其是否为一缺陷。频域分析中, 扩颈、缩颈、裂隙、离析缺陷有以下几点区别:
a.扩颈:基频约为频差的1/2, 但相应幅值远高于一阶谐振峰 (一般为2倍以上) ;
b.离析:基频约等于频差, 谐振峰较平缓 (宽) ;
c.裂隙:基频约等于频差, 可见较多谐振峰, 谐振峰较窄;
d.缩颈:谐振峰特征介于裂隙与离析之间。
与时域分析相比较, 频域除易于判明和排除干扰源外, 对于深部缺陷 (包括桩底) 也较时域为优。
怎样利用频域时域互补分析?频域和时域分析的理论基础都来自一维波动方程 (振动方程) , 只不过是求解方式和分析侧重点不同, 前者以傅利叶展开和频域分析为主, 后者则通过特征线及特征线上相容关系的求解, 重点分析信号的时域特征, 无论如何, 二者的分析结果应当一致。频域分析的优点是容易识别各种与桩土特征无关的干扰成份, 可以大体确认缺陷的形成部位。缺点则是计算缺陷位置的精度不够, 缺陷性质不很明确, 容易将深部缺陷的多阶谐振与浅部缺陷基频弄混, 同一缺陷的多阶谐振峰与频差也不易寻找。时域分析的优点是缺陷性质 (扩缩颈) 、缺陷位置一目了然, 计算也较准确;但是各种干扰成份对其影响较大, 浅部缺陷的多次反射容易与深部缺陷的反射混淆。
基于上述情况, 我们可以利用频域分析来判断干扰成份 (特别是谐振干扰和50Hz交流干扰) 确定缺陷位置和深部缺陷存在的可能性, 为时域分析提供处理方案和参考缺陷, 然后在时域中采用滤波等处理排除各种干扰, 分析缺陷位置、缺陷性状和浅部缺陷, 这些分析必须与频域结果对应, 反过来常用于指导解释频域中存在的各谐振峰。
值得一提的是, 有时候时域不能确定桩底反射和深部缺陷, 频域里反而有其频差或基频;频域分析还能很好地判断振源效果。在频域推求缺陷位置时, 首先应将各振荡主峰视作各自缺陷的基频, 其次寻找相同特征的峰点求频差 (这一过程较复杂, 只有慢慢体会) , 而真正正确的答案应与时域曲线结合给出。
5 浅部缺陷的判断
这里所讲的浅部主要指3m以内。此间断桩经常发生, 也很容易判断;一般在时域中表现为大低频振荡, 如是铁锤和速度计, 原始信号中也可能有高频振荡, 曲线严重不对称或低频与高频混叠, 如进行谱分析则表现为明显的双峰, 其一为250Hz以下, 其二为1200Hz以上 (打孔) 或830Hz左右 (手按) 。加速度测试信号由于本身即是低频特性, 低频振荡是断桩的主要特征, 如用极小的锤轻敲可以检测出断桩部位。定点放大的测桩仪, 接收的断桩信号往往太强而削波 (方波样) , 不少人已经建立这种概念;但使用浮点仪时因放大倍数是自适应的, 一般不会削波, 这种概念必须打破。速度计一般最多只能指出1.5m内断桩, 受其带宽限制, 无法给出准确的断桩位置, 只有加速度计和小锤轻敲可以完成这个任务。与加速计不同, 速度存在振荡时难以在时域中看出浅部小缺陷, 一般只有结合频域分析。当频域分辨率满足要求时, 如果在安装谐振峰附近谱成份不干净, 如出现双峰, 左侧有平台或馒头状形态都表明该频率对应一浅部缺陷 (视其为基频) , 谐振峰平缓或高出许多则说明该谐振峰已与缺陷频率混叠了。谐振峰右侧如有振型出现也有可能表示存在浅部缺陷。采用加速度计或“速度计+低频振源”时, 分析方法类似, 但时域可能有同向反射特征, 一般却仅表现为微小抖动或平缓。这个时候必须用高频锤和加速度计复测。
浅部明显缺陷桩的动测波形特征
a.当以重锤激振时, 实测波形表现为宽峰或者大低频曲线;
b.用轻的刚性锤激振时, 为多次等间隔或下拉式等间隔振荡峰, 且反射峰相对入射峰幅值较高;
c.入射峰振幅明显高于正常桩的振幅;
d.刚体碰撞的特性。
6 低应变反射波法的局限性与改进分析方法
低应变反射波法的局限性:
a.仅测出波阻抗的相对变化, 可以区分缩径类与扩径类, 也可以计算缺陷位置, 但却不能确定缺陷性质、方位。
b.缺陷程度的定量分析很难达到理想效果, 目前只能将缺陷程度定性给出。
c.平均波速与砼强度之间的关系无法准确给出。
d.对长径比超过一定限度的桩、极浅部或太小的缺陷, 低应变反射波法无法正确测量。高频信号传不下去, 测试范围有限, 低频信号分辨率不够, 容易漏判缺陷等等。
e.若桩身存在多个缺陷时, 深部缺陷容易误判。
为了准确分析桩身缺陷, 有必要:
a.结合地质资料、施工记录分析基桩完整性。桩型、施工工艺对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。如:预制桩、人工挖孔桩不可能缩径;许多的缺陷或质量事故都发生在流水处或地层变化处;地层变化对波形也会产生影响 (会产生反射波) 等等。因此查看地质资料、了解施工记录对确定缺陷位置有很好的帮助。
b.利用定量分析软件对基桩缺陷程度的判定。虽然定量分析软件本身存在一些不足, 但它分析了应力波在桩身传播的详细过程, 只要桩周土的参数选择合理, 它的作用远远大于我们凭肉眼对波形缺陷程度的判断。
盐家砂砾岩体地震反射特征研究 第10篇
1 储层描述
北部陡坡带东段在沙三上发育多期的砂砾岩扇体 (图1) , 这些扇体具有近源快速堆积的特征, 其岩性混杂, 分扇根、扇中、扇端三个亚相。扇根部位以砂砾岩、砾状砂岩为主, 粒度粗、分选磨圆差、颗粒堆积致密、岩屑含量高、填隙物含量高。在后期压实作用下储层物性迅速变差。扇中部位以粗、中砂为主, 分选和磨圆较好, 填隙物含量低。石英、长石等刚性颗粒的含量增加可以有效抵御压实作用, 有利于孔隙保存。扇端部位以极细砂、细砂为主, 分选中等, 颗粒堆积致密, 压实强, 填隙物含量高。一般说浅层砂砾岩体压实程度相比较中深层砂砾岩体较低, 扇中亚相储层物性较好, 更有利于油气成藏。
从构造上来说, 北部陡坡带发育的盆倾断层和陈南断层对油气的运移起着关键作用, 为油气的运移提供了良好的通道。储层、断层、不整合面三个重要因素, 控制了浅层砂砾岩体的成藏。
根据分析研究, 稠油主要分布在胜北、盐家、永北古鼻状构造带上, 以超覆沉积为主, 稠油主要分布在沙三上亚段近岸水下扇及馆陶组河道砂体中。大型古冲沟的次级沟谷内的扇体大多具有背斜形态, 断层的沟通有利于油气运移, 可以形成良好的油气圈闭。
2 地震反射特征研究
根据已钻井的分析研究, 浅层砂砾岩体在地震上表现为较为杂乱的反射。通过利用相干分析, 浅层砂砾岩体在相干图上表现为相关性较差, 结合古地貌, 分析认为浅层砂砾岩体有利发育条带为砂砾岩体沿基岩面100m400m范围内。
在此基础上, 开展了盐家永安地区沙三段地震相分析, 根据地震反射特征, 将浅层扇体地震相分为三类, 分别为弱反射、杂反射和连续性较好的中等反射。
扇体由沿物源方向依次发育扇端、扇中和扇根亚相, 盐16和盐18井均位于扇中亚相。结合沉积相与地震相的分析, 明确了砂砾岩体识别特征, 针对扇中亚相进行了砂砾岩体的识别追踪描述。
3 叠前深度偏资料应用
钻井资料证实:陡坡带地层变化快、岩性混杂, 用统一的东营速度无法准确表征构造。利用合成地震记录与VSP测井资料对砂砾岩体的速度进行了研究, 分析显示砂砾岩体集中段速度明显增大, 岩性变化明显影响速度, 导致了砂砾岩体层位在地震上归位不准, 预测偏差较大。利用实钻井的分析资料, 建立了北部陡坡带砂砾岩体的地质模型, 进行了正演模拟 (图2) 研究。根据模拟结果分析, 叠前深度偏移资料相对于叠前时间偏移资料归位更准, 描述更准确。
利用新处理的盐18叠前深度偏资料, 在深度域对砂砾岩体进行了相关分析描述, 与时间域资料进行了对比分析 (图3) , 认为叠前深度偏资料更准确的反应了砂砾岩体的形态, 可以有效的识别砂砾岩体速度陷阱, 精细落实砂砾岩体构造, 大大提高了圈闭预测精度。
4 小结
(1) 影响时间偏移剖面中砂砾岩体地震反射特征的因素主要是岩性速度, 低速泥岩段、砂砾岩本身高速影响、以及盐岩、膏岩高速。
(2) 盐家砂砾体在时间偏移剖面与深度偏移剖面上地震反射波组关系基本相同, 反射及内幕特征基本类似, 近岸水下扇内幕呈空白或杂乱反射, 滑塌浊积扇呈连续的中强反射。
地震反射波范文
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