地脉动测试技术若干问题的讨论

讨论了地脉动的测试技术以及测试工作中应该重视而且容易被忽视的问题 ,并就地脉动幅值域和频率域特性参数提出不同的看法     

福建沿海地区场地土对地脉动动力响应的研究

以福建省泉州市区和福州市区场地土的动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,通过对这两个地区的地脉动信号的频谱分析获得频谱结构特征,由此来深入研究该地区岩土的动力特性及场地土层的地脉动动力响应。通过场地脉动的测试,利用快速傅立叶变换(FFT)方法对观测到的地脉动信号进行频谱分析。根据实际观测资料研究了地脉动频谱结构特征及场地土对地脉动的频率响应的特性。研究不同地基土层构造与地脉动的频率依赖以及频率选择作用。结果表明,地脉动的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关;覆盖层厚度是影响地脉动卓越周期的重要原因,其中软土层对地脉动的卓越周期有一定的放大作用。     

上海场地土的脉动特性及剪切波速特征

0　引言结合生产任务,在上海市区进行了大量剪切波速及地脉动测试。剪切波速测试主要采用跨孔法,个别采用检层法和表面波法。测试仪器为ＢＩＳＯＮ15802型、ＥＳ1225型地震仪。在测定波速的钻孔附近地面,采用65型地震仪获取脉动信号的速度响应,经ＤＦ1型五线测震仪放大后输出到ＨＰ35665Ａ型磁带记录仪和ＳＣ16型光线示波器,经变换处理和频谱分析,获得场地卓越周期和速度幅值等参数。上海位于长江三角洲前沿,面临东海。土层厚150～400ｍ,与工程建设关系较密切的是地面以下80ｍ范围内的土层,尤其是浅层土。工程地质资料表明,上海市浅层土(20…     

地裂缝场地地脉动响应特征初探——以西安F6地裂缝为例

地裂缝灾害是西安市主要的环境地质灾害问题,严重地制约着城市建设用地的有效利用和规划。为研究地裂缝对场地动力响应的影响,本文以西安F₆地裂缝场地为研究对象,基于现场地脉动测试及其频谱分析,分析了地裂缝场地地脉动响应的加速度幅值、卓越频率、放大效应等动力响应特征。研究表明,测试场地卓越频率大小与测点位置无明显关系,其中傅里叶谱卓越频率为2.79Hz左右,反应谱卓越频率为4.17Hz左右;靠近地裂缝区域,场地动力响应具有明显放大效应,上下盘影响范围基本一致,约为15m左右;地裂缝上盘放大倍数大于下盘,其中傅里叶谱峰值放大倍数分别为1.92和1.81,反应谱峰值放大倍数分别为1.68和1.63。     

基于脉动注浆的宾汉流体渗透扩散机制研究

脉动注浆虽已在注浆防渗加固工程中得到推广应用,但浆液在脉动压力下的渗透扩散机制却鲜有报道,导致理论远滞后于工程实践。以宾汉流体流变方程、渗流方程及颗粒沉积理论为基础,推导了脉动压力下宾汉流体的渗透扩散理论计算公式,分析了脉动注浆参数对浆液扩散距离的影响,并通过室内注浆模拟试验对其进行了验证。结果表明,脉动压力下宾汉流体渗透注浆扩散理论计算值与试验实测值间存在一定误差,但能满足工程要求,可用于指导工程施工。随着脉动注浆连续时间的增长或地层初始孔隙率的增大,浆液扩散距离随之增大,而随着脉动注浆间隔时间的增长或地层初始孔隙率的减小,浆液扩散距离随之减小,实际注浆工程中为确保有效的浆液扩散距离,宜根据岩土体孔隙率合理地调节脉动连续时间和脉动间隔时间。研究成果可为脉动注浆理论研究提供借鉴,为实际施工提供理论指导。     

悬移质颗粒运动的脉动强度

应用图象处理技术,量测了直径d=0.1～1.5mm的塑料颗粒和d=0.1～0.3mm的玻璃球颗粒在明槽恒定均匀水流中运动的脉动强度.试验发现:(1)靠近床面处,粗颗粒的脉动强度大于细颗粒的脉动强度,在靠近水面处,规律则相反;(2)细颗粒的脉动强度只是相对水深y/h的函数,而粒径较大颗粒的脉动强度和y/h及摩阻流速都有关;(3)重颗粒的脉动强度小于相同粒径的轻质颗粒的脉动强度.     

中国沿海及内陆地区长周期脉动特征分析

地脉动台阵观测作为一种低成本的剪切波速度构造探测方法,预计将在中国地震灾害预防中起到重要作用。为了研究地脉动台阵观测中长周期信号的特征以及中国长周期地脉动的特点和适用性,开展了中国从沿海到内陆地区地脉动信号的观测和分析,探查由沿海到内陆地区地脉动的变化规律以及内陆地区广域的地脉动特征,发展适合于我国内陆地区的基于地脉动的地下构造勘探方法,在中国大陆上海市、西安市、天水市及兰州市进行了长周期地脉动观测。现场试验结果表明,上海地脉动特征与日本关东平原地区的观测结果类似,可以认为在海岸地区深部结构调查的地脉动台阵观测有良好的适用性。然而,西安、兰州、天水长周期地脉动能量只有上海的千分之一,因此需要进一步研究更加灵敏的仪器性能和更加稳定的观测方法。     

堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究

基于脉动注浆泵可输出低频周期性脉冲压力的特点,结合可控性黏土固化浆液,提出了一种可用于堤坝防渗加固的新方法。通过进行原型试验验证了该方法的可行性,考虑钻孔扰动和脉动低频重复压力对地层渗透特性的影响,推导了黏土固化浆液脉动扩散方程,运用多场耦合软件COMSOL探讨了脉动压力下黏土固化浆液扩散的机制,最后将研究成果成功应用于南水北调中线鹤壁段引水渠道边坡帷幕注浆工程。研究结果表明：黏土固化浆液脉动控制注浆技术可显著提高地层连续性和整体性,结石体28 d强度大于2 MPa,渗透系数可降至10?5 cm/s左右,浆液在注浆孔附近与土体胶结成块,邻近注浆孔浆脉交错搭接,整体表现为空间立体网状包裹结构的防渗墙体;对数值模拟和现场试验结果进行综合分析,堤坝脉动注浆时间应控制在1 800～2 400 s之间,合理的脉动注浆压力在0.2～2 MPa之间,脉动持续时间宜调至4～8 s,脉动间隔时间宜调至2～6 s,这样有利于保证堤坝脉动注浆工程达到最优的防渗加固效果;工程实践的渠道边坡连续性、整体性得到了改善,注浆止水加固效果显著,检查孔渗透系数降至10?5 cm/s,所取芯样完整,芯样最长可达40 cm。     

挟沙水流紊动通量的实验研究

利用MicroADV的声强衰减与泥沙浓度的关系,提供一种无接触测量含沙量浓度的方法;同时根据连续采样得到脉动的泥沙浓度,对这种脉动浓度进行了初步分析并根据得到脉动浓度,初步定量地研究了紊动扩散通量大小及其平衡关系.     

天水黄土地区覆盖层厚度的反演研究

基于天水黄土地区现场测试的539个地脉动测点数据,分析得到了其H/V频谱特征和场地卓越频率。结合该区59个钻孔编录和波速测试结果,运用1/4波长和覆盖层厚度与卓越频率统计等两种方法反演了该区黄土覆盖层厚度。结果表明,1/4波长法在黄土覆盖层较厚、且地层较为单一的III、IV级阶地具有较好的适应性;覆盖层厚度与卓越频率统计法得出了较高精度的覆盖层厚度与卓越频率之间的幂函数关系,简化了剪切波速的影响,在整个研究区域具有较好的适应性。     

交错网格有限差分法模拟微动信号

为了较好地模拟给定模型在随机源激发下产生的稳定波场信息,为微动信号的检验和数据特征分析等提供理论依据,采用交错网格有限差分方法模拟微动信号,并根据瑞雷波和勒夫波的产生机理,通过测区内震源的分布情况估测微动信号中面波的组成成分。首先建立交错网格有限差分法模拟微动信号的数值模型,然后给出估测微动信号中面波组成成分的算式,最后采用典型方法数值模拟微动信号,应用空间自相关方法提取模拟信号中面波的频散曲线进行分析对比。结果表明,交错网格有限差分方法模拟得到的微动信号更符合实测结果。     

基岩表面地脉动谱比研究

目前,场地影响评价方法可以分为理论法和经验法。地脉动水平分量与竖向分量谱比法属经验法。这种方法将地脉动水平分量与竖向分量谱比的最大值对应的频率和幅值分别看作是观测场地的卓越频率和放大因子。虽然该法在国内外很多工程实例中得到了理想的结果。但由于这种方法建立过程中应用了许多假设,所以很多地震工程学家对这种方法持怀疑态度。本文讨论了基岩地脉动水平分量与竖向分量谱比为1这一假定的合理性。并采用泊松弹性半空间模型,应用概率分析方法考虑地脉动的随机性,推导了地下体波斜入射弹性半空间自由表面形成地脉动的水平分量与竖向分量谱比表达式。通过计算论证体波斜入射泊松弹性半空间形成的地脉动水平分量与竖向分量谱比特性。结果表明：当地脉动主要成分为体波时,基岩表面地脉动水平分量与竖向分量谱比接近于1;当地脉动主要成分为面波时,基岩表面地脉动水平分量与竖向分量谱比介于0.54～0.79之间。对泊松基岩,该比值是0.68。     

S-wave velocity profiling from refraction microtremor Rayleigh wave dispersion curves via PSO inversion algorithm

The refraction microtremor method has been increasingly used as an appealing tool for investigating near surface S-wave structure. However, inversion, as a main stage in processing refraction microtremor data, is challenging for most local search methods due to its high nonlinearity. With the development of data optimization approaches, fast and easier techniques can be employed for processing geophysical data. Recently, particle swarm optimization algorithm has been used in many fields of studies. Use of particle swarm optimization in geophysical inverse problems is a relatively recent development which offers many advantages in dealing with the nonlinearity inherent in such applications. In this study, the reliability and efficiency of particle swarm optimization algorithm in the inversion of refraction microtremor data were investigated. A new framework was also proposed for the inversion of refraction microtremor Rayleigh wave dispersion curves. First, particle swarm optimization code in MATLAB was developed; then, in order to evaluate the efficiency and stability of proposed algorithm, two noise-free and two noise-corrupted synthetic datasets were inverted. Finally, particle swarm optimization inversion algorithm in refraction microtremor data was applied for geotechnical assessment in a case study in the area in city of Tabriz in northwest of Iran. The S-wave structure in the study area successfully delineated. Then, for evaluation, the estimated Vs profile was compared with downhole data available around of the considered area. It could be concluded that particle swarm optimization inversion algorithm is a suitable technique for inverting microtremor waves.     

CSAMT法与微动测深法在漳州某区地热资源勘探中的应用

勘探区位于漳州市以东约40km处,属低丘陵剥蚀区及海积阶地,因区内开发程度高,地面普遍硬化。依据区内的地质、水文及构造资料,决定采用抗电磁干扰强的CSAMT法与施工较为便利的微动测深法勘测地下热源。通过分析隐伏储热构造在CSAMT法与微动测深法剖面图上的响应特征,确定波速相对较低且存在低阻异常区域为储热控水构造有利区。综合考虑野外施工条件,在CSAMT法1线与微动测深线交汇处钻孔验证,结果显示,孔底温度为30.9℃,出水量为1243.21m³/d,表明CSAMT法联合微动测深法可有效探测该地热资源。     

Site amplification investigation in Dhaka, Bangladesh, using H/V ratio of microtremor

The degree of damage during earthquakes strongly depends on dynamic characteristics of buildings as well as amplification of seismic waves in soils. Among the other approaches, microtremor is, perhaps, the easiest and cheapest way to understand the dynamic characteristics of soil. Non-reference microtremor measurements have been carried out in 45 locations in and around the capital Dhaka city of Bangladesh. Subsoil investigations (Standard Penetration Test and Shear Wave Velocity) have also been executed in those locations. Soil model has been developed for those locations for site response analysis by means of the program SHAKE. Among those 45 locations, predominant frequency of microtremor observation varies from 0.48 to 3.65 Hz. Out of those 45, for 35 locations Transfer function obtained from the program SHAKE have higher frequency compared to microtremor H/V ratio and for one location it has lower predominant frequency. For six locations, frequencies obtained from two methods are identical. For three other locations, there are no similarities between predominant frequency obtained from microtremor and transfer function. The seismic Vulnerability Index (Kg) for 45 sites varies between 0.45 and 31.85. Ten sites have been identified as having moderate vulnerability of soil layers to deform.     

微动信号的数据处理与岩土频谱特性分析

频谱是微动信号的一个重要动力学参数,微动信号的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关,既可反映岩土层的类型特征,又能反映工程场地的动力特性。详细探讨了目前较为常用的利用微动信号进行场地动力特性分析的方法,并对这些方法进行了研究和比较。简要介绍了功率谱估计方法,同时,通过实例分析了微动信号的变化规律和场地微动信号的频率响应特性。     

微动探测：地层分层和隐伏断裂构造探测的新方法

微动探测作为地层分层和隐伏断裂构造探测的物探新方法,已成为盆地结构调查、地热井位选址和隐伏地质构造探测的重要物探手段.微动测深确定岩性差异较大的地质界面,如新生界地层底界、侏罗系与二叠系地层分界面、二叠系-石炭系灰岩顶界面等,深度误差可控制在5％左右.断层破碎带/隐伏断裂构造在微动视S波速度剖面上显示为低速异常或明显的速度差异,易于识别、解释.二维微动剖面技术已在探测隐伏地质构造(断层、陷落柱等)方面取得较好地质效果.本文介绍其原理、方法和应用实例.     

多道瞬态面波法与微动法联合推断岩溶塌陷区覆盖层的结构和厚度分布

为了大尺度范围内获取岩溶塌陷典型调查区覆盖层的结构和厚度分布,采用多道瞬态面波法与微动法,对柳州市柳城县东泉公社幅岩溶塌陷重点调查区进行了野外观测,根据微动法提取的特征频率与地层厚度的关系,结合已知钻孔资料,得出覆盖层厚度与特征频率的函数关系,获取了覆盖层的厚度分布,根据面波的频散特性,得出覆盖层的横波速度分布,获取了覆盖层的结构分布,结合得出的覆盖层结构和厚度分布,推断出测区内发育4条断层或溶沟等局部构造。研究表明,利用微动法提取的特征频率和面波的频散特性,可以有效地推断出塌陷区覆盖层的结构和厚度分布。