浅析瑞雷波法检测复合地基承载力

复合地基检测手段中以传统的静载荷试验为主,瑞雷波法是一种利用瑞雷波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的物探方法,可以大范围检测地基加固效果,问接提供地基的承载力。     

陕西及邻区瑞雷波相速度层析成像

本文利用布设于陕西及其邻区的喜马拉雅二期流动地震台阵和区内的固定地震台网共计257个台站于2014—2015年记录到的连续波形资料,采用基于图像分析的相速度提取方法,得到了7 185条瑞雷波相速度频散曲线,反演获得了周期为5—40 s的瑞雷波相速度分布图像,其最小分辨率约为20 km。结果表明:各周期瑞雷波相速度图像具有明显的横向不均匀性,能够较好地反映出地壳及上地幔顶部的地质构造特征。周期为5—10 s的瑞雷波相速度分布与地表地质构造密切相关,且高低速异常的分界线与地块边界高度吻合;周期为15 s的瑞雷波相速度分布图像显示出,大部分断陷沉积盆地（渭河、天水等盆地）表现为低速异常,表明此区域的沉积层厚度较大;周期为20—40 s的相速度分布则受地壳厚度影响较大,青藏高原东北缘始终呈现出明显的低速异常,鄂尔多斯地块中、下地壳以高速异常为主,但周期为20—30 s的相速度低速异常区分布于青藏高原沿六盘山逆冲褶皱带并一直延伸至鄂尔多斯内部,由此推测该区域地下介质中存在一定程度的物质交换和融合。      

青藏高原东南部地区瑞雷波相速度层析成像

本研究收集了"中国地震科学探测台阵-南北地震带南段"项目325个流动宽频带台站于2011年8月至2012年9月记录的远震垂直向资料,利用双台法测得了3594条独立路径上的瑞雷波相速度频散曲线,反演得到了青藏高原东南部地区周期10~60 s瑞雷波的相速度分布图像.空间分辨尺度图表明,在台站覆盖范围内的绝大部分地区横向分辨率达到50 km.2D相速度分布图显示,青藏高原东南部地区地壳上地幔S波速度结构存在较明显的横向非均匀性.短周期(如10 s)的相速度分布主要受地表沉积层厚度的影响.绝大多数地震发生在周期15 s相速度图上的低速区或高低速的陡变梯度带附近,充分说明该区的强震活动与中上地壳速度结构的变化有直接关系.中等周期(如20~30 s)的相速度分布主要与中下地壳速度结构、地壳厚度密切相关,小江断裂、松潘-甘孜块体呈现最显著的低速,可能暗示这两处的中、下地壳存在低速层.较长周期(如40~60 s)的相速度分布与上地幔顶部热状态和构造活动(如岩浆作用)有关.滇西南地区表现为大范围的显著低速,可能暗示滇西南地区上地幔顶部物质存在部分熔融.不同构造块体下方的频散曲线,具有不同的相速度特征.腾冲火山下方的频散曲线在10~60 s一直为较低的速度,尤其是到40 s以后,相速度随周期的变大增速明显放缓,至60 s比其他任何块体速度都低,暗示腾冲火山区下方的低速至少来自上地幔顶部(约100 km).     

大足石刻北山168窟围岩病害高频瑞雷波成像

大足石刻北山168窟为五百罗汉窟,开凿于1119年至1125年,窟高3.3m,宽3.14m,进深7.1m,是大足石刻中尺寸较大的一个重要洞窟。目前,168窟围岩裂隙风化病害十分严重,面临失稳坍塌的危险。为制定针对性的长久保护措施,需查明168窟围岩病害的现状。通过现场调查、物探、钻探等技术手段,获取了大足石刻北山168窟及邻近区域的工程地质条件。进一步,采用高频瑞雷波探测技术对168窟顶板岩体进行瑞雷波相速度成像,考虑168窟顶板岩体特定的围岩边界条件和场地工程地质条件,对洞窟顶板岩体瑞雷波相速度-深度成像剖面中的低速区分布进行成因分析和解译,揭示石窟顶板岩体风化现状和节理裂隙的发育情况。为分析评价洞窟围岩稳定性和石窟保护工程设计提供基础性地质资料和必要的计算参数,也为相关技术在文物保护工程的应用提供经验和借鉴。     

瑞雷波"之"形速度-深度曲线的成因

本文通过对层状介质的瑞雷方程进行求解,验证了层状介质中瑞雷波的多阶性,讨论了各阶导波对频散曲线的影响．在此基础上,从两个方面对实测速度-深度曲线常出现的“之”字形进行了解释,提出了其中还有待进一步解决的问题及相应的建议．     

微动多阶瑞雷波SPAC系数反演方法及应用研究

为充分利用微动信号中基阶和高阶模式瑞雷波,本文研究了基于多阶瑞雷波SPAC系数直接反演的方法.该方法首先基于地层介质响应计算多阶瑞雷波的能量占比,考虑实际观测台阵有限台站个数对SPAC系数影响,正演计算多阶瑞雷波SPAC系数,再采用快速模拟退火算法对其反演以获得地下介质横波速度结构.在此基础上,本文通过数值模拟验证该方法的可靠性,分别选取三种典型地质模型,基于模式叠加算法合成理论微动信号,采用本文方法计算其理论多阶瑞雷波SPAC系数并反演,给出反演结果与真实模型对比.我们将该方法应用于上海中心城区的地质调查中,通过与钻探结果对比,进一步验证该方法的有效性.本文理论与实际应用研究表明,基于多阶瑞雷波SPAC系数直接反演的微动探测方法有助于提高反演结果的可靠性,尤其对含软硬夹层的复杂地层介质,可提高探测精度.     

考虑道间时差相位的多道瞬态瑞雷波探测方法

囿于波动问题空间采样率观念的限制,现有多道瞬态瑞雷波探测方法采用小道间距、多道检波器排列方式观测同一次激发的瞬态瑞雷波,虽然解决了同时观测不同频率成分波动的问题,但一个排列的多道检波器只能得到一条瑞雷波相速度-探测深度曲线,工作效率和横向分辨力受到极大限制,同时,所能够提取的最高频率波动成分也受到了检波器排列最小道间距的限制.经分析发现,忽略两个测点之间瞬态瑞雷波到时差对不同频率波动道间相位差的影响是上述问题的根源.针对现有多道瞬态瑞雷波探测方法的弱点,本文阐明了道间时差相位(TDP)的概念和意义,提出了考虑道间时差相位的测点对间相位差分析技术,形成了一套新的多道瞬态瑞雷波探测方法——TDP法. TDP法摆脱了最小道间距的羁绊,只用两道检波器的瞬态瑞雷波记录即可提取多种频率成分波动的相速度,完成现有方法一个多道检波器排列才能完成的工作,探测工作效率大大提高;同时,根据场地岩土体的横向变化适当调整检波器布置的测点间距,在一条测线上布置多个测点,相邻测点对两两组合获得的多条瑞雷波相速度-深度曲线可以反映岩土体横向变化,这使得探测方法的横向分辨力显著提高;另外,由于引进道间时差相位,高频成分的提取不再受道间距的控制,从而探测方法的高频分辨力也得到了大幅度提高,原则上,激发和测试系统能够产生和记录到的高频成分新方法都可以提取到,事实上,这套方法已经成功地拓展到了超声频段的探测工作中.     

种植不同植物的人工湿地深度处理城镇污水处理厂尾水的中试研究

利用种植不同植物的人工湿地对污水厂尾水进行深度处理以达到更严格的排放标准.利用5块尺寸一致的中试规模人工湿地,以潮汐流作为运行方式,研究不同植物对尾水的处理效果.经过一年的实验,结果表明：5块人工湿地出水各指标均能达到提升标准的排放要求.在不同植物的去污效果对比实验中,种植芦苇（Phragmites communis）的人工湿地对化学需氧量（COD）、氨氮和总氮（TN）的平均去除率均为最高,分别为24.01%、68.15%和92.70%;种植风车草（Cyperus alternifolius）的人工湿地对TP的平均去除率最高,为71.68%.在不同季节的去污效果对比实验中,春季芦苇湿地对COD、氨氮和TN的去除效果最好,平均去除率分别为52.51%、76.06%和92.04%,美人蕉（Canna indica）湿地对TP去除效果最好,平均去除率为66.72%;夏季对COD、氨氮、TP和TN处理效果最好的分别是种植丝带草（Phalaris arundinacea）、菖蒲（Acorus calamus）、风车草和芦苇的人工湿地,平均去除率分别为15.83%、78.11%、67.30%和91.73%;秋季对COD、氨氮、TP、TN处理效果最好的分别是种植芦苇、丝带草、风车草、美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为12.19%、58.82%、83.16%和94.01%;冬季对COD去除效果最好的是种植丝带草的人工湿地,平均去除率为33.39%,对氨氮、TP处理效果最好的是种植美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为76.33%和79.43%,对TN处理效果最好的是种植芦苇的人工湿地,平均去除率为94.97%.在以后的实际工程中,可以考虑用种植不同季节、不同指标对应的最佳去污植物为主,并且搭配种植其他植物的人工湿地进行污水厂尾水的深度处理.     

青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘地区是现今地壳形变和地震活动最强烈的地区之一,也是研究青藏高原现今变形机制和构造演化规律的重要区域.本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得Rayleigh(瑞利)面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,反演得到云南地区周期5~34s范围内方位各向异性分布图像.反演结果揭示:短周期(5~12s)Rayleigh面波快波优势方向与区域断裂走向有很好的一致性,快波方向随着断裂走向的变化而变化.周期16~26s快波优势方向与反映上地壳特性的5~12s图像总体图像相似,但细节略有不同.其中,滇中块体内易门断裂和滇中块体内东侧的普渡河断裂附近,各向异性快波方向从NS向NW方向旋转;易门断裂以西呈NW向.这反映了青藏高原物质东流和川滇块体受到青藏块体的南东向挤压作用.周期30~34s范围的各向异性,滇缅泰块体和印支块体,快波优势方向为NS和NNW向;而在滇中块体内部,各向异性快波方向呈顺时针旋转变化,可能与青藏高原物质向东逃逸有关.本文还开展了与体波各向异性的对比分析,通过与近震S波分裂、Pms转换波分裂和远震SKS、PKS和SKKS(以后简称为XKS)分裂的对比研究,发现随着周期的增大,得到的快波优势方向与XKS剪切波快波偏振方向趋向一致,与地壳快剪切波偏振方向呈一定夹角.本研究认为,青藏高原东南缘地区壳幔各向异性具有不同的特征和形成机制.     

青藏高原东南缘瑞利波群速度分布特征及其构造意义探讨

青藏高原东南缘是研究印度—欧亚板块碰撞过程、块体间相互作用和壳幔变形机制的重要地区.本文利用川滇地区流动地震台阵和固定地震台网共557个台站的连续波形数据,基于改进的背景噪声处理流程和分析方法得到了6023条瑞利波群速度频散曲线,反演获得了6~48 s的瑞利波群速度分布图像.结果显示在四川盆地内部短周期群速度分布较好地揭示了盆地内沉积层厚度的横向变化.在30~48 s周期,四川盆地西部群速度存在南低、北高的特征,推测是南部中下地壳和上地幔温度较高引起的.温度的增高降低了地壳的力学强度,在青藏高原东向挤压作用下盆地西南部地壳更易发生变形,并导致脆性上地壳在新生代产生地壳缩短和褶皱、断裂等地质活动.攀枝花及其周边地区从地壳浅部至上地幔深度的高速异常体,可能与基性和超基性岩的侵入有关.该高速体具有较大的介质强度,在一定程度上阻碍了青藏高原物质东南向的运移,这可能是造成丽江—小金河断裂两侧巨大高程差异的重要因素.自24 s开始,南盘江盆地表现为明显的高速异常,与华南块体西南部其他区域的深部结构存在明显差异.反演的S波速度结构揭示,自中上地壳至上地幔,南盘江盆地的速度一直高于北侧其他区域.结合此地区的地壳运动模式,推测介质S波速度较高、力学强度较大的南盘江盆地对青藏高原物质的东南向逃逸具有一定的阻挡作用.     

郯庐断裂带中南段及邻区基于背景噪声的瑞利波群速度层析成像

本文收集了郯庐断裂带中南段及邻区省属和市县地震台网共261个宽频带地震台站2015年1月至2016年12月间的垂直向连续波形资料,利用长时间序列背景噪声互相关法提取台站对之间的经验格林函数,采用时频分析法提取瑞利面波混合路径频散曲线.通过质量控制和严格筛选后得到了15627条路径上的群速度频散曲线,重新构建了郯庐断裂带中南段及邻区瑞利波5~50 s、分辨率为0.75°×0.75°的群速度分布图像.分析研究了6个周期的群速度分布图像和3条不同方向的纵向周期剖面,这些图像揭示了郯庐断裂带中南段及邻区地壳上地幔速度结构具有横向分块和纵向成层的非均匀性特征.结果表明,短周期（6 s、10 s）的群速度分布与地表地质和构造特征密切相关.拥有较厚沉积层的苏北盆地、合肥盆地及河淮盆地等显示为低速,而基岩广泛出露的鲁西隆起、大别-苏鲁造山带、扬子克拉通及华南褶皱系则呈现出大面积的高速异常.随着周期的递增（15 s、20 s）,群速度分布受地表地质构造的影响逐渐弱化.受地壳厚度和莫霍面附近的速度差异影响,大别和苏鲁地区在较长周期（25 s、30 s）群速度图上表现出相对较低的速度,这可能与这些地方Moho面埋藏较深有关.纵向剖面显示,苏鲁-大别造山带及其高压、超高压变质带不仅在浅地表具有基本相同的地形地貌和构造特征,地壳内也有着极为相似的Rayleigh波群速度分布特征.壳内群速度分布总体上表现为上凸下凹状,形状似一"哑铃".上地壳具有上凸下凹的形态、相比邻区具有较高的群速度值;中地壳低速;下地壳上凸下凹且埋藏较深,反映出具有陆陆碰撞造山的残留山根特征.苏鲁及大别两地自浅地表至上地幔具有相似的Rayleigh波群速度分布不仅为二者被左旋走滑的郯庐带平移错开提供了佐证资料,同时也为郯庐带的形成与演化提供了地震学依据.     

多道瞬态瑞雷波技术在公路采空塌陷区探测中应用

地下采空塌陷区岩体结构具有明显的结构不连续、松散、断裂、空洞等异常结构特征,本文在分析公路采空塌陷区地球物理场特征的基础上,详细讨论了应用多道瞬态瑞雷波技术探测采空塌陷区的可行性以及相关技术,深入分析基于瑞雷波波场特征、频谱结构、能量衰减、频散特征、相速度以及多阶模等特征探测和评价地层结构的均匀性、地下空洞及异常结构体等地下障碍物的存在及其空间分布的解释标志.滚动式多道瑞雷波探测技术可以有效地探测地下采空区、软弱结构体等异常结构体的赋存状态及空间分布.