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反射波法

反射波法
反射波法

三、地震反射波法

1、阐明有效波、干扰波的概念及其相对意义。

在数据采集中,埋置于地面的检波器可接收到来自于地下多种波的扰动,其中只有可用于解决所提出的地质任务的波才称为有效波,所有妨碍有效波识别和追踪的其他波称为干扰波。由此可见,在反射纵波法勘探中,一般只有反射纵波是有效波,其他波属于干扰范畴,而在瑞雷面波法勘探中,除瑞雷面波外,均为干扰波。

2、画图表示怎样用综合平面图表示观测系统。

它是目前生产中最常用的观测系统图示方法。它从分布在测线上的各激发点出发,向两侧作与测线成45角的直线坐标网,将测线上对应的接收排列投影到该45角的斜线上,并用颜色或加粗线标出对应线段。该线段在地面的投影对应覆盖的反射段。

用综合平面图表示观测系统

5、什么叫最佳接收地段?反射波的最佳接收地段应怎样选取?

在反射波法勘探中,为了有效地避开面波、声波、直达波、和折射波对有效反射波的干扰,可把接收地段选择在尽可能不受或少受各种干扰波影响的地段,这种最佳接收地段又称为最佳时窗。在反射波法勘探中,根据各种波在时空剖面上的视速度及到达时间差异选择尽可能避开面波、声波、直达波和折射波,而最大限度突出有效反射波的地段。

8、什么叫滤波?数字滤波处理的目的?

一个原始信号通过某一“装置”后变为一个新信号的过程称为滤波。目的是消除干扰波。

10、请画图说明理想滤波器在频率域的特点及其分类?

理想滤波器是有效波在其频率范围内完全无畸变地通过,干扰完全被压制掉。因此,要求其频率响应为:

???==01)()(f H f H 其它有效波频带内 这意味着其相位响应特性为零,故理想滤波器一定是零相位滤波器,一定是非物理可实现的。当然,它也隐含着在有效波频带内不要有干扰,否则无法滤掉。

理想滤波器的频率响应函数图形是一个矩形,像门一样,所以也称之为门式滤波器。

A 、理想低通滤波器

其频率响应如图(a)所示,其数学模型为:

?

??=01)(f H L c c f f f f ><

图24 理想低通滤波器的频率与脉冲响应

其中b 图横坐标应为t ,纵坐标应为)(t h L

B 、理想带通滤波器

一般情况下,记录中既有高频干扰,又有低频干扰,则需要设计带通滤波器,其数学表达式为:

???=0

1)(f H b 其它21

f f f <<

图25 理想带通滤波器的频率响应

C 、理想高通滤波器

其频率响应为: ???=0

1)(f H H c c f f f f >< 12、请说明一维频率滤波在时间域和频率域怎样实现?

在时间域:褶积运算

在频率域:乘积运算

13、二维视速度滤波的基本原理。

在地震勘探中,有时有效波和干扰波的频谱成分十分接近甚至重合,这时无法利用频率滤波压制干扰,需要利用有效波和干扰波在其他方面的差异来进行滤波。如果有效波和干扰波在视速度分布方面有差异,则可进行视速度滤波。这种滤波要同时对若干道进行计算才能得到输出,因此是一种二维滤波。

图32 二维视速度滤波示意图

V

f k ==λ1

图中斜率即为视速度 在频率波数域将干扰波信息象做外科手术一样去掉,反变换回时空域即可消除干扰。

14、 理解地震勘探反滤波的目的。

所谓反滤波仍然是一个滤波过程,这种滤波过程的作用恰好与某个其他滤波过程的作用相反。浅层地震勘探反滤波的主要任务是抵消大地滤波作用,其中包括地震记录道中各种设备(如检波器、记录仪都可以看成是一种滤波装置)对地震子波的滤波作用,从而提高纵向分辨率。

15、为什么要进行静校正?静校正有什么特点?

地震勘探的基本理论均以地面为水平面、近地表介质均匀为假设前提,例如,平界面的共炮点时距曲线或共反射点时距曲线是双曲线这一结论只有在该假设前提下才正确。但是,在实际野外观测时,表层因素与假设往往并不一致。例如,存在地形起伏,低、降速带的厚度变化和速度的横向变化等。这时观测到的时距曲线不是一条双曲线,而是一条畸变了的曲线。若是共炮点记录,就得不到正确反映地下构造形态的一次覆盖时间剖面。若是共反射点记录,则达不到同相叠加,直接影响到水平叠加时间剖面的质量。特别在丘陵、山区、这种情况更为严重,因此要进行表层因素的校正,即静校正。

静校正有两个十分重要的特点:

(1)由于表层低速带的速度十分低,深、浅层反射波的射线路径尽管在低速带以外的各地层中传播时各不相同,但在表层附近几乎都是近于垂直的。因此,静校正量的大小只与地面位置有关,即对于某一道而言,深、浅层反射波有相同的静校正量。所以称之为“静”校正。这种条件称为地表一致性条件。当然,在某些地区,地表一致性条件不能得到满足.会出现静校不“静”的情况,不在这里讨论之列。

(2) 静校正量有正有负。

16、野外一次静校正怎样进行?需要什么资料?

野外(一次)静校正:利用野外实测的表层资料直接进行,又称为基准面静校正。其方法是人为选定一个海拔高程作为基准线(面),利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度或井口时间等资料,将所有的炮点和检波点都校正到此线(面)上,用基岩速度替代低速带速度,从而去掉表层因素的影响。它包括有:井深校正、地形校正、低速带校正等内容。

静校前校后真==t t t t ?-

图37 野外(一次)静校正量计算示意图

1-基准面;2-地面;3-低速带底界

A 、 井深校正

是将激发点的位置由井底校正到地面j O ,如图37所示,其校正量为: ??????++-=?h V h h V j o j 1)(10

τ 式中:0V 是低速带速度:V 为正常高速岩层的速度;j o h h +为井中低速带厚度;h 为高速岩层中炸药埋置深度。由于井深校正总是向时间增大的方向校正,故此式前取负号。此外,该校正量也可由井口检波器直接测得。所测得的时间j τ?又称为井口时间。

B .地形校正

地形校正是将测线上位于不同地形处的炮点和检波点校正到基准面上。如图37所示,炮点地形校正量为:o o h V 01=?τ;检波点地形校正量为:s s h V 0

1=?τ;故此道(第j 炮第l 道)总的地形校正量为:)(100

s s o jl h h V +=?+?=?τττ 地形校正量有正有负,通过s o h h 、的正负体现出来。通常规定当测点高于基准面时为正,低于基准面时为负。

C 、低速带校正

此校正是将基准面下的低速层速度用基岩速度代替。求取低速带校正量的公式在炮点和检波点处分别为:

l l j j h V V h V V )11()11(

00-='?-='?ττ 故此道总的低速带校正量为:))11(0j l l j jl h h V

V +-='?+'?='?(τττ 因为基岩速度总是大于低速带速度,故低速带校正量总是正的。

用计算机进行野外静校正处理,只需将各炮点和检波点的高程、低速带厚度、速度、井口时间等资料送入内存,程序按公式自动地计算出相应的静校正值,然后按静校正值的正负和大小将整道作向前或向后“搬家”即可。

需要的资料包括:地表的高程起伏、低降速带的速度和厚度、以及炮井埋深等信息。

17、为什么要进行动校正?动校正怎样进行?

在水平叠加中,动校正处理是针对共反射点道集进行的。它把炮检距不同的各道上来自同一界面同一点的反射波到达时间按正常时差规律校正为共中心点处的回声时间,以保证实现同相叠加,使得叠加后的记录道变为自激自收的记录道.从而直观反映地下构造形态。 除了在共反射点道集中作动校正外,它也可用于共炮点记录,方法完全一样但含义不同。此时它将来自一段平界面的反射波双曲线型时距曲线校正为直线型,得到一次覆盖时间剖面,直观地反映地下一段反射界面特征。在此我们均以共反射点道集动校正为准进行讨论。

(1)动校正量的计算

对于整道而言,动校正量可有下式计算:

i i j i i ij ij t t V x t t t t 02/1022200)(-???? ??+=-=?

由公式可以看出,动校正量既是i t 0的函数,又是j x 和速度的函数。对于任一道来说(炮检距固定),深、浅层反射波(i t 0不同)的动校正量不同,即动校正值随时间而变。这就是动校正中所谓“动”的含义。

当i t 0和j x 固定,则速度越大,校正量越小,反之,越大;当i t 0和速度固定时,则随着j x 的增大,校正量也增大。

通常采用的校正方法是将炮检距不同的各道上每一个样值点时间均认为是一个“反射波”到达时,都需要校正。道集上所有道、所有校值点均根据公式算出动校正量来进行校正。当然,这样的校正,真正有反射之处的反射信息得到了校正,但是没有反射信息的地方也作了校正,计算机计算时必然会有许多不必要的动校正工作量,但是由于目前仍无法自动检测有效反射信息,故这种方法仍是目前流行的计算方法。

在计算校正量时,关键因素是速度参数是否选取的准确。如图40所示,若所选取的速度是一次反射波的速度,则双曲线同相轴能够被校直,从而能实现同相叠加,否则将直接影响叠加效果。

图40 用不同速度进行动校正对一次波和多次波的影响

(2)动校正的实现

因为在计算机中样值点的时间是通过内存单元的序号体现的,故动校正采用“搬家”的办法实现,即将相应于某时刻的内存单元中的样值数据按动校正量的大小“搬”到相应于自激自收时刻的内存单元中去。虽然据公式计算出的任何两个相邻样值点的动校正量一般是不同的,但计算机只能进行离散量处理,当相邻样值点的动校正量经四舍五入为同样的采样间隔数时,可认为它们具有相同的动校正量(整数倍采样间隔数)。

据此,将一道中所有样值点分为若干组进行“搬家”:组内动校正量具有相同的整数倍采样间隔,“搬家”距离一样;不同组校正量不同,“搬家”距离不同;相邻组“搬家”距离总是相差一个采样间隔。由于动校正量从浅到深的变化规律一般是越来越小,故相邻组“搬家”距离的变化规律一般是后一组比前一组少移动一个采样间隔。因此“搬家”结束后,相邻组之间会出现一个“空”,使某些样点值空缺。一般用“插值补空”的办法(用相邻样值点数据经运算后代入)来处理这一问题。

18、为什么动校正后会产生波形畸变?

如图42(a)所示,设沿测线接收到来自地下界面R 的反射波,在自激自收点0处和在炮检距为i x 的接收点G 处,反射波到达时分别为0t 和i t 。且假设这两道上来自同一界面的反射波延续时间t ?相同。它们的相位时距曲线应当彼此平行,即在t t t i i ?+~这段时间内各样值点的动校正量应当完全相同。但是,因目前计算动校正量的思想是将t t t i i ?+~这段时间内各样值点时间作为多个反射波时间看待,必然会计算出的各样点的动校正量不同。因此,校正后炮检距为i x 的道上的反射波与0t 道上的反射波形状不同,发生畸变,如图42(h)所示。

图41 “成组搬家”和“插值扑空”示意图

(a )“搬家”前记录道样点位置;(b)“搬家”后记录道样点位置

图42 动校正引起的波形畸变示意图

(a)动校正前;(b)动校正后

用“成组搬家”方法实现动校正时,组内波形没有变化,组与组之间的“空”会使记录道波形产生明显畸变,即使插值补空也不能根本解决问题。这是因为计算机只能进行离散处理,原来每个样值点的动校正量均不相同但差异很小,属于渐变形式,离散处理必须舍入为一个采样间隔,这样相邻点的渐变逐渐累积使组与组之间发生突变。

由上述分析可以看出,畸变的一般规律是反射波的波形被拉长,周期加大,频谱向低频方向移动,因此一般动校正会引起波形拉伸畸变。根据研究可知,动校正畸变随反射层深度的增大,畸变越来越小;随着炮检距的增大而越来越大。故此,一般要求最大炮检距应小于等于主要目的层的深度,以减小畸变。

对于畸变的处理目前采用的方法是“切除”,即将畸变过大的那部分样值全部充零。其后果将减少浅层的叠加次数,是不得已的办法。由于畸变较小时对叠加效果影响不大,故一般人为规定一个“可容忍的畸变”量,尽量保留一些信息,当畸变超过该限度时则必须切除。

19、叠加速度谱是怎样制作的?

t,按一定的速度步长计算反射波时距曲线(双曲线),据此曲线在某一给定的回声时间

在共炮点道集或共中心点道集各道上取值并叠加,计算叠加振幅。若某个速度所对应的曲线t时刻的反射波同相轴一致,则造成同相叠加,叠加振幅值必为极大。

正好与该

t时刻的速度,这因此,通过检索所有计算出的叠加振幅最大值,其所对应的速度即为

就是叠加速度谱计算原理。

根据某一速度算出的到达时在道集记录上取值叠加,可得到一个叠加振幅值。一系列速度就对应着一条叠加振幅值随速度变化的曲线。该曲线称为速度谱线(图45(c))。

图45 用多次覆盖资料计算速度谱原理图

此时,若在试验速度中有一个恰好等于真实速度,则由它确定的双曲线与实际反射双曲线同相轴一致,能保证同相叠加,叠加值获最大;用其他试验速度算出的叠加值都较小。这种改变试验速度,计算到达时,取值叠加的过程相当于改变双曲线形状、按不同双曲线拾取

信号叠加(图45(b))的过程。只要在速度谱线上找出最大值,即可确定该0t 时刻的速度。以上是对一个固定的0t 而言。改变0t 值,重复上述计算,就可以把整张记录上所有实际存在的同相轴所对应的速度全部找出来,从而确定速度随0t 时间的变化规律(图45(d))。

20、为什么要进行偏移处理?

常规的水平叠加处理是以水平层状介质为基础的。当反射界面产状变化较大时(如倾斜界面、凹形界面及断层等),这时按水平界面原理得出的CDP 道集就不是真正的共反射点道集,致使水平叠加剖面的反射界面形态失真。偏穆处理就是要把这种失真的反射界面归位到其真实的位置,所以又称之为偏移归位。偏移处理可以在水平叠加之前进行(称为叠前偏移),也可以放在水平叠加之后进行(称为叠加偏移)。图47表示为一个理想化的偏移处理效果,通过偏移处理,不但使反射波归位,较好地反映了界面形态,而且使绕射等干扰有所收敛,进一步提高了资料质量。

21、怎样从反射的观点理解偏移?

当地下界面水平时,由地下反射点1R 、2R 反射的波在自激自收剖面上的位置(经时深转换后)'1R 、'

2R 与原反射点一致,如图48所示,自激自收剖面上的界面位置与真实界面一致。当界面倾斜时,由1R 、2R 点反射的波在普通剖面上则绘于自激自收点1O 、2O 的正下

方,经时深转换后为'1R 、'2R ,1111R O R O =',2222R O R O =',如图48所示。

图48 反射的观点理解偏移

可见,自激自收剖面上的视界面21

''与真实界面21在长度、位置、倾角等方面均不一致,主要表现为向下倾方向发生了偏移且倾角变缓。当构造复杂时,自激自收剖面上的视界面由于位置不正确可能产生能量空白或干涉等现象,使记录复杂化(图49),影响解释工作的进行。所谓偏移处理,就是将自激自收剖面上的同相轴恢复其原来的正确位置,同时使干涉带自动得到分解,剖面面貌变得清晰。

就是将自激自收剖面上的同相轴恢复其原来的正确位置,同时使干涉带自动得到分解,剖面面貌变得清晰。

图49 反射界面位置不正确造成能量空白或干涉

22、怎样从广义绕射的观点理解偏移?

广义绕射的观点认为,地下界面上的每一点均可认为是一个绕射点,它们在入射波的激励下会向界面上方辐射广义绕射波。地下一个绕射点对应到记录上就是一条绕射双曲线,即一大片,这正是一个模糊化过程。由于真实界面由许多绕射点所组成,它们都辐射绕射波,自激自收剖面上的视界面是所有这些绕射波双曲线的公切线,其位置与双曲线顶点连线不一致,发生了偏离(图50)。偏移处理就是将绕射波能量正确地会聚于其双曲线顶点,结果能量收敛,模糊化消除,界面也自然恢复到其真实位置处(即双曲线顶点连线位置)。

图50 偏移的绕射分析

23、怎样从波场的观点理解偏移?

从波场分析的角度来看,可以将偏移处理过程看作为自激自收剖面形成的反过程。众所周知,波场函数既是时间变量的函数,又是空间变量的函数,即),,,(t z y x g ,若不考虑y 方向,则为),,(t z x g 。可见,地下任何一点处均存在着波场,地震记录仅是地面处的波场值,即0=z 时的波场值),0,(t z x g =。偏移处理也就是将已知的地面波场值(自激自收记录剖面)作为边界条件反过来求地下各点处波场值的过程。要想得到地下各点波场值可以将检波器放置在地下这些点处进行记录,但这是办不到的,只能借助于数学运算的方法,计算出地下各点波场值,因此,偏移处理就相当于将检波器不断地向地下移动的过程,故也称之为延拓或波场外推。

下面我们简要讨论波场延拓实现偏移处理的过程。

如图51所示,设地面(0=z )处有一自激自收点,接收到界面A 点的反射,波场为),0,(t z x g =,当波速保持恒定时,射线为直线。根据反射的观点,来自界面R 的反射波放在S 点的正下方B 点处,自激自收时间为0012

1,/2Vt SA SB V SA t ==?=。记录位置B 点和反射点A 之间的水平距离为水平偏移距BA 。若将观测面布置在地下1z z =深度处,为得到A 点的反射,激发点和接收点必须放置在1S 处,此时波的自激自收时间V A S t /2101?=,反射波放置在正下方B '点处,且A S B S 11=',新的水平偏移距为A B ';同样,若将观测面布置在2z z =处,则相应的自激自收点为2S ,相应的水平偏移距为A B ''。可见,随着观测面不断向地下深处移动,相当于把激发点和接收点不断向下移动。可得到两个明显的结论:1)水平偏移距越来越小;2)波的自激自收时间越来越短,直到界面A 点时为零。

这意味着将反射波场向下延拓时,总可使水平偏移距缩小到零,使被偏移的视界面点归位到真实界面点.从而实现偏移归位的目的。归位后的波场为:)0,,(0==t z z x g n 。

由上分析可见,当向下延拓到00=t 时刻,视界面上某点的延拓结束,故把00=t 时刻称为成像条件或称为本次延拓结束的条件。

图51 延拓与偏移关系图

24、严格按照控制点画图表示背斜在水平叠加剖面上的几何形态以及振幅特征。并说明背斜的曲率和埋藏深度对其在水平叠加剖面上形态的影响。

(a)对于平缓的背斜,它们在水平叠加时间剖

面上的形态与实际接近,范围稍宽,背斜顶部

位置一致。

(b)对于曲率很大的背斜,则表现得比实际范

围要宽阔得多。

(c)对宽度和曲率相同但深度不同的平行背斜,

在水平叠加时间剖面上,随深度加大,隆起范

围加宽。

总之,背斜凸起的曲率大,在水平叠加时间剖

面上表现明显;同样曲率的背斜,埋藏得越深,

在水平叠加时间剖面上表现得越宽阔。

振幅特征:由于背斜顶部凸界面的反射存

在发散现象,分散到单位面积上的波的能量会

减弱。界面凸度越大,埋藏越深,射线发散越

严重,地震波的振幅也越小。

25、严格按照控制点画图并说明曲率中心分别在地表以上、在地表上以及在地表以下的向斜在水平叠加剖面上的几何形态以及振幅特征。

向斜在时间剖面上表现同凹界面的反射,有三种情况:对于平缓的向斜,在水平时间剖面上,比实际向斜稍窄一些,并随着深度的增加变得更窄,当向斜中心不变。当凹界面的曲率中心在地面以上时,都存在上述的简单关系;如果凹界面曲率中心正好处在地面上,对于自激自收的射线将聚集成一点;当凹界面曲率中心在地表以下时,会产生一个奇异的现象,射线将会发生交叉,同相轴出现回转,最凹点处射线旅行的路径比两边处为短,因此在时间剖面上将出现凸起,向斜两翼的反射特征会左右颠倒,形成回转波。这样,在实际为向斜的部位,在深层又出现了一个“背斜”。对于曲率相同,深度不同的凹界面,随着深度的加大将出现不同的反射特征:浅层为平缓收缩型;中层为聚焦型;深层为回转型。

振幅特征:

由于凹界面对射线的聚焦作用,反射振幅明显增强,出现了非岩性的“亮点”异常。由于向斜两边凸界面的发散效应,反射能量下降,深层由回转波形成的假背斜能量会更加突出。

五、地震折射波法

1、折射波法有哪些应用?

在工程地震勘探中,地震折射波法是一种简便经济的勘探方法。在精度要求不高的情况下,它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等,还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速度和低速带起伏变化资料。

t差数时距曲线法反求界面的埋深和速度?该方法有什么适用条件?

2、怎样利用

适用条件:

折射界面的曲率半径比其埋藏深度大得多,波沿界面滑行时没有穿透现象。同时要知道波在界面以上介质中的速度。

基本原理:

此方法是利用t 0法绘制折射面,用差数时距曲线来求折射界面的速度。

t 0法和差数法示意图

如图所示,设由炮点O 1、O 2激震,得到两条相遇折射波时距曲线S 1、S 2。取测线上任一点S ,在相遇时距曲线上分别得到相应的旅行时间t 1和t 2:D CS O ABS O t t t t 2121,==,而互换时间为:21CD O BC AB O t t t T ++=。在图(a)中,三角形BSC 近似于等腰三角形,以S 点作BC 的

垂直平分线,得到h SM =,于是:

i V h t t CS BS cos 1==,i

V i h V htgi t t BM BC cos sin 222122=== 由上述诸式即可求得:)(cos 20

21x t V i h t t t T t t BC CS BS ==-+=-+ 因此,从S )co s 2/(1i V K =

通过测量测线各检波点的0t 和K 值,就能求得折射界面的法线深度h 。

(1)求0t 的方法是:令t t t T t t ?-=--=1210)(

即先在时距曲线上任意点S 处先量得2t T t -=?,然后在另一条时距曲线上减去t ?而得到0t ,各观测点所得0t 不同,可连成)(0x t 曲线,如图(b )所示。

(2)求K 的方法是:由公式2211

1)(12cos 2V V V i V K -==,则求K 的问题变成求2V 的

问题。为求2V 值,可引入差数时距曲线为:

t t T t t x ?+=+-=121)(θ 则2

**21cos 211)(V V V x t x t x x ?θ=+=??-??=??下上,所以θ???=x V cos 22,当界面倾角?小于15度时,1cos ≈?,则有θ

??=x V 22 归纳上述过程为以下诸步骤:

(1)由相遇时距曲线S1和S2作)(0x t 曲线和)(x θ曲线。

(2)由)(x θ曲线求得2V ,用22

111)(12cos 2V V V i V K -==求得K 。

(3)计算每一测点S 到折射界面的法线深度K x t h )(0=。 (4)以S 为圆心,h 为半径作圆弧,对每一检波点均可作出这样的圆弧,这些圆弧的公切线即为折射界面的位置。

反射波法基本测试原理与波形分析

一. 反射波法基本测试原理与波形分析 1.广义波阻抗及波阻抗界面 设桩身某段为一分析单元,其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ,C ,A 表示,则令 Z =ρCA (7-1) 称Z 为广义波阻抗。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时,则相应的ρ、C 、A 发生变化,其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为 2 2211121A C A C Z Z n ρρ== (7-2) 称n 为波阻抗比。 2.应力波在波阻抗界面处的反射与透射 设一维平面应力波沿桩身传播,当到达一与传播方向垂 直的某波阻抗界面(如图7-2所示)时。根据应力波理论,由连续性条件和牛顿第三定律有 V I +V R =V T (7-3) A 1(σI +σR )=A 2σT (7-4) 式中,V 、σ分别表示质点振动的速度和产生的应力,下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波和透射波。 由波阵面的动量守恒条件导得 σI =-ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T 代入式(7-4),得 ρ1C 1A 1(V I -V R )=ρ2C 2A 2V T (7-5) 联立式(7-3)和(7-5),求得 V R =-FV I (7-6a ) V T =nTV I (7-6b ) 式中 n n F +-=11 称为反射系数 (7-7a ) n T +=12 称为透射系数 (7-7b ) 式(7-6)是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。 3.桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系 (1)桩身完好,桩底支承条件一般。此时,仅在桩底存在界面,速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。 因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2,所以n = Z 1/Z 2>1,代入式(7-7)得 F <0,(T 恒>0) 由式(7-6)可知,在桩底处,速度量的反射波与入射波同号,体现在V (t )时程曲线上,则为波峰相同(同向)。典型的完好桩的实测波形如图7-4。 由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射

经典低应变反射波法的基本原理

的1/3乃至1/5以下。以加速度计为例,如其安装谐振频率为14kh,则频率上限只能达到3-4kh。由于桩基动测对幅值的定量要求不高,可以放宽限度,但也绝不能使谐振频率接近甚至位于要求的频率范围内。然而,地震检波器的使用者却不同程度地犯了这个错误,以28hz和38hz的速度检波器为例,研究表明,当锥形杆被手按于混凝土表面,且用铁锤激发时,谐振频率在830hz左右;通过钻孔方式将锥形杆紧紧地全部插入孔中或取下锥形杆用石膏粘固在混凝土表面时,如用铁锤敲击,谐振频率多在1200hz以上,此时如用尼龙锤或铁锤垫橡皮等低频锤敲击则可完全排除安装谐振频率的影响。显而易见,正确安装方式应以后者为宜。 理论推导表明,传感器的安装谐振频率与传感器的安装刚度和传感器底座质量有关。一般可以减化理解为:安装刚度越高,基座质量越小,安装谐振频率就越高,而安装刚度与安装的松紧程度、传递杆(锥形杆)长短有关。正因如此,一般要求取消锥形杆(或全部埋入被测连续介质中),也要求传感器基座越轻越好。 对于位移型惯性传感器而言(如速度计),安装谐振频率有f1,f2两个,f1比传感器的自然谐振频率还低,在40Hz以内,一般对测试没有影响;f2即是所讲安装谐振,处理较好时应在1200Hz以上。加速度型惯性传感器也有两个安装谐振频率,但均位于高频段,引起我们关注的是第一谐振频率,处理较好时在大几千赫兹至几万赫兹变化,但是,如用弹性较好的橡皮泥安装将只有1-2kHz。 在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差,在信号采集过程中,因击振激发其安装谐振频率,而产生寄生振荡,容易采集到具有振荡的波形曲线,对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比,加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大优势,并且它还具有高灵敏度的优点,因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线,没有振荡,缺陷反应明显。所以建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。 理论上讲位移计型惯性传感器包括速度计(所谓高阻尼速度计和地震检波器)的高频部分是完全满足应力波反射法测试要求的,但由于生产工艺等方面的原因,其高频部分往往受到很大的限制,有的仅几百赫兹,最高一般亦在2kHz左右会掉下来。在现场测桩时,传感器的安装刚度又会导致安装谐振的出现,进一步使传感器的可测范围变窄,那么怎样判断传感器的优劣呢? 利用牙膏、石膏、黄油、橡皮泥等粘接剂将不含锥形杆的速度计紧紧地粘贴在被正确清理干净,满足测试要求的桩头上或用冲击电锤打孔,将有锥形杆的速度计牢牢地插入孔中,确保安装方法正确后,利用小铁锤直接敲击砼表面,仪器的模拟滤波档置2.5kHz以上。对被测信号进行谱分析,如果此桩两米内没有毛病,其幅值谱最高峰(一般为传感器的安装谐振峰)频率大于1200Hz,此传感器即可满足测试要求。频率越高在以后的测试过程中浅部测试效果将越好;分析幅值谱的低频部分(固有频率以下)还可判断出低频特性的好坏。换用低频锤,如力棒、尼龙锤(桩头再垫层橡皮更好)或铁锤+汽车外胎垫测试,如无振荡或振荡很小,这类传感器将更好。如果传感器的谐振峰仅几百赫兹,用低频锤时又不能消振,那么这种传感器是满足不了测试要求的。 需要指出的是,这种测试方法与桩头强度、砼龄期、浅部缺陷以及安装紧凑程度很有关系,以预制桩桩头测试效果最好,而如果在素混凝土上测试,效果将最差,最不能说明问题。速度计是自生电动势型的,虽然价格低廉,但也应注意保护,一般的保护方法是将其输出端短路或两个传感器对接。开路贮放将减少传感器寿命,是不合适的。测桩界较流行的速度计:灵敏度大约为280mV/cm/s,固有频率:10~28Hz,阻尼系数ξ=0.6~1.0。 如果判断速度计测试效果的好坏?从传感器频响,特别是安装后的频响特性来考虑,速度计用于测桩是应当慎重的,因此从某种意义上讲,提高速度计的安装刚度,降低安装质量

低应变反射波法检测细则

低应变反射波法检测 1适用范围 本细则适用于低应变反射波法检测混凝土桩的桩身完整性,判定桩身缺陷的程度及位置。其有效检测桩长范围应通过现场试验确定。 2编制依据 《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014。 3检测仪器设备 检测仪器设备主要为RS-1616K(S)基桩动测仪、力锤、力棒。 4受检桩种类及要求 4.1 受检桩种类 1、混凝土预制桩 2、混凝土灌注桩 4.2 受检桩要求 4.2.1受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%,且不小于15MPa。 4.2.2桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。 4.2.3桩顶面应平整、密实,并与桩轴线基本垂直。 5现场检测 5.1准备工作 5.1.1收集工程桩的桩型、桩长、桩径、设计桩身混凝土强度、施工记录及地质勘察报告等有关技术资料。 5.1.2检查桩顶条件和桩头处理情况 受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与设计条件基本相同。 灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分,并露出坚硬的混凝土表面;桩顶平面应平整干净无积水,必要时宜采用便携式砂轮机磨平;妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。 预应力管桩当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时,可不进行处理,否则,应采用电锯将桩头锯平。 当桩头与承台或垫层相连时,应将桩头与混凝土承台或垫层断开。 5.1.3检查仪器设备,使测试系统各部分之间匹配良好。 5.2现场仪器设备配置(如下图):

5.3测量传感器的选择和安装 5.3.1传感器的选择 检测长桩的桩端反射信息或深部缺陷时,应选择低频性能好的传感器;检测短桩或桩的浅部缺陷时,应选择加速度传感器或宽频带的速度传感器。 5.3.2传感器的安装 1、传感器安装应采用化学粘结剂或石膏、黄油等粘贴,不应采用手扶式。安装时必须保证传感器与桩顶面垂直。 2、激振点和传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。 3、实心桩的激振点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处;空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成的夹角宜为90度,激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。 5.4激振操作 1、激振方向应沿桩轴线方向。 2、激振方式应通过现场敲击试验,选择合适重量的激振力锤和锤垫。宜采用小锤(窄脉冲)获取短桩或桩的上部缺陷反射信号,宜采用大锤(宽脉冲)获取长桩或桩的下部缺陷反射信号。 5.5测试参数设定 1、时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms;幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。 2、设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长,设定桩身截面积应为施工截面积。 3、桩身波速根据本地区同类桩型的测试值初步设定。一般可按下表选择: 4、采样间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择;时域信号采样点数不宜少于1024点,在保证测得完整信号的前提下,选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。 5、放大器增益应结合激振方式通过现场对比试验确定。 6、传感器的设定值应按计量检定结果设定。 5.6测试信号采集和筛选 1、根据桩径大小,桩心对称布置2~4个检测点;每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个,通过叠加平均提高信噪比。 2、检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 3、不同检测点及多次实测时域信号一致性较差时,应分析原因,增加检测点数量。 4、信号不应失真和产生零漂,信号幅值不应超过测量系统量程(避免信号波峰削波)。 5、每根被检测的基桩均应进行二次以上重复测试,当检测波形重复良好时方可存储记录。当重复性不好时应及时清理激振点,改善传感器安置条件或排除仪器故障后重新进行测试。对于异常波形,应在现场及时分析研究,排除可能存在的激振或接收条件不良因素的影响后重新测试。

低应变法检测桩身完整性

低应变反射波法 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式,实测桩顶加速度或速度响应时域曲线。籍一维波动理论分析来判定基桩得桩身完整性,这种方法称之为反射波法(或瞬态时域分析法)。 传感器得安装方法: 实心桩得激振点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3 半径处; 空心桩得激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连 线形成得夹角宜为90 度,激振点与测量传感器安装位置宜为桩壁厚得1/2 处。

传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部,再把传感器放入桩顶部,松手后传感器不会移动与侧斜为佳。传感器安装地点,一点要平整。不然会影响采集效果,藕合可以用牙膏,黄油,口香糖,但不可用泥巴。 敲击: 敲击以力棒自由落体来敲击桩头,力棒落到桩头反弹后,立马抓住力棒。落距为5cm—15cm 为佳。视桩得长度而定,桩稍长可稍加大落距。长桩用得锤头最好为橡胶头,短桩用铝合金头。 波形分析完整桩:入射波与反 射波同相

也有桩底反射与初始入射波先反相再同相得扩底桩 下图为,某小区得住宅楼,长7、2 米人工挖孔桩,设计砼强度为C25。V=3675,经检测桩底反射明显,底部扩底属完整桩 缩径桩:在时程曲线上反映比较规则,缩径部位与缺陷呈先同相再反相,或仅现其同相反射信号,视严重程度,可能有多次反射,此类缺陷 桩一般可见桩底信号

离析:由于离析部位得混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成缺 陷波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,波速偏小,通常很难瞧到 桩底反射。 断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同 时反射,反射幅值较高,衰减较慢,中部断裂反映为多次同相反射, 缺 陷得反射波幅值较低,而深部断裂波形反映下,类就是摩擦桩桩底反射,但算得得波速明显高于正常桩得波速。

反射波法

三、地震反射波法 1、阐明有效波、干扰波的概念及其相对意义。 在数据采集中,埋置于地面的检波器可接收到来自于地下多种波的扰动,其中只有可用于解决所提出的地质任务的波才称为有效波,所有妨碍有效波识别和追踪的其他波称为干扰波。由此可见,在反射纵波法勘探中,一般只有反射纵波是有效波,其他波属于干扰范畴,而在瑞雷面波法勘探中,除瑞雷面波外,均为干扰波。 2、画图表示怎样用综合平面图表示观测系统。 它是目前生产中最常用的观测系统图示方法。它从分布在测线上的各激发点出发,向两侧作与测线成45角的直线坐标网,将测线上对应的接收排列投影到该45角的斜线上,并用颜色或加粗线标出对应线段。该线段在地面的投影对应覆盖的反射段。 用综合平面图表示观测系统 5、什么叫最佳接收地段?反射波的最佳接收地段应怎样选取? 在反射波法勘探中,为了有效地避开面波、声波、直达波、和折射波对有效反射波的干扰,可把接收地段选择在尽可能不受或少受各种干扰波影响的地段,这种最佳接收地段又称为最佳时窗。在反射波法勘探中,根据各种波在时空剖面上的视速度及到达时间差异选择尽可能避开面波、声波、直达波和折射波,而最大限度突出有效反射波的地段。 8、什么叫滤波?数字滤波处理的目的? 一个原始信号通过某一“装置”后变为一个新信号的过程称为滤波。目的是消除干扰波。 10、请画图说明理想滤波器在频率域的特点及其分类? 理想滤波器是有效波在其频率范围内完全无畸变地通过,干扰完全被压制掉。因此,要求其频率响应为: ???==01)()(f H f H 其它有效波频带内 这意味着其相位响应特性为零,故理想滤波器一定是零相位滤波器,一定是非物理可实现的。当然,它也隐含着在有效波频带内不要有干扰,否则无法滤掉。 理想滤波器的频率响应函数图形是一个矩形,像门一样,所以也称之为门式滤波器。 A 、理想低通滤波器 其频率响应如图(a)所示,其数学模型为: ? ??=01)(f H L c c f f f f >< 图24 理想低通滤波器的频率与脉冲响应 其中b 图横坐标应为t ,纵坐标应为)(t h L B 、理想带通滤波器 一般情况下,记录中既有高频干扰,又有低频干扰,则需要设计带通滤波器,其数学表达式为:

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答 案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案 第1题 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成的夹角宜为 答案:B 第2题 低应变反射波法检测中,用加速度计测得的原始信号是,实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度 答案:B 第3题 低应变反射波法检测时,每个检测点有效信号数不宜少于个,通过叠加平均提高信噪比 答案:C 第4题 当桩进入硬夹层时,在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波 A.反向 B.奇数次反射反向,偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向,偶数次反射反向 答案:A 第5题

低应变反射波法检测中,桩身完整性类别分为类 答案:D 第6题 低应变反射波法所针对的检测对象,下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩 答案:B 第7题 对某一工地确定桩身波速平均值时,应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算 答案:D 第8题 低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间 答案:B 第9题 低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时,激振的能量和频率要求 A.能量小,频率低 B.能量大,频率高 C.能量小,频率高 D.能量大,频率低答案:C 第10题 港口工程桩基动力检测规程中,“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述,应判为桩

低应变反射波法

洋洋味道洋洋味道 号:学姓名:林必挺 业:地质资源与地质工程专院系:地球科学与工程学院 教授职称:袁宝远指导教师: 2016年6月 2016年4月 基于桩基检测的低应变反射波法一、引言其作用在于将上部结构是建、构筑物重要的组成部分,桩基础属于隐蔽性工程,其质量优劣直接影响到 整个结构的安全与稳定。荷载传递到桩周及下部较好地层中,因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质常常会出现各种各样的工程,条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等离析、缩径、夹泥、稍有不慎就容易造成诸如扩径、缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响如果能事先较为准确地判断出桩身缺严 重者甚至使单桩丧失承载力。到桩基承载力,,排除事故隐患。因此,就可以及时采取补救措施,陷类型及严重程度、缺陷位置等 ,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。

高应变用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、目前,动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和具有操技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完 整性进行评价的动测方法,是目前桩基质量检测,作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点对于各检测方在桩基检测当中得到 了广泛的应用。规范首推的桩身完整性检测方法,所示。1法的对比如表 各检测方法的对比1表 无损检测检测类型有损检测 超声波透射低应变反射静载荷试钻芯检测高应变动测检测方法 法波法法验法 桩身结构完桩身结构完单桩承载力检测目的单桩承载桩身结构 和桩身结构整性完整性整性力 完整性 不能检测桩不能解决桩多解性不能区分检测局限易斜钻, 强度及沉降身外形畸变破坏模式性局部检测 问题 较高低较低一般高检测效率 较低低高较高较高检测费用

地震反射波法在工程地质勘察中的应用

地震反射波法在工程地质勘察中的应用 发表时间:2016-09-18T17:23:49.103Z 来源:《基层建设》2015年29期作者:聂建微 [导读] 摘要:随着社会经济的迅速发展,大型工程的施工建设数量也越来越多,在进行工程项目的地质勘察过程中,地震反射波发在实际应用中越加广泛,地震反射波法在工程勘察中的应用特点及效果也是更加明显。 十四冶建设云南勘察设计有限责任公司云南昆明 650200 摘要:随着社会经济的迅速发展,大型工程的施工建设数量也越来越多,在进行工程项目的地质勘察过程中,地震反射波发在实际应用中越加广泛,地震反射波法在工程勘察中的应用特点及效果也是更加明显。下面主要探讨地震反射波法在实际工程地质勘察中的应用。 关键词:地震反射波法;工程勘查;应用 一、前言 地震反射波具有简便、客观、迅速的特点,在工程勘察中得到了广泛的推广应用。本文就对地震反射波法在工程地质的勘察中的具体应用进行简要的分析探讨,希望对相关从业者有所帮助。 二、地震反射波法的运用原理 地震反射波法的工作机制主要是建立在地震波传播过程中所触及到的不同类型的媒介岩土层的时候,将反射局部能量的特点。通常来讲,地震波在地下传播中,若是碰到地层分界及断层等出现波阻抗变更的界面情况下,都会出现反射波,经过地面接收设备来自不同界面的反射波,经过详细的研究之后,核算出地震时间的剖面。并且将其与之前工程地质信息进行比较,研究反射波场的特点,以明确地表下岩土层的分层结构及相关内容,进而实现勘察地质的目的。 三、地震反射波法在实际工程的应用分析 1、案例分析 本文就以M大桥为实例工程进行分析,其大桥主要位于在小凌河口潮间带浅滩上,南边靠近渤海辽东湾,北边连接凌水湾,大桥主要由主桥以及引桥构成,全长为640 m,主桥是2×180 m 的独塔叠合梁式斜拉桥。该大桥工程区域空间非常广阔,没有一些可见的障碍物,因为其天然水深很浅,同时受潮位变动的影响非常大,所以无法科学的进行较大面积的工程地质钻探。于是使用地震反射波法勘察工程区域内的风化岩面分布情况,预判出该区域内有没有出现断层以及溶洞等相关地质问题的可能性。按照之前的对大桥周边的地质勘察信息表明,该地区的地层分布主要分为海相沉积层,陆相沉积层以及基岩等相关的岩层分布情况。 2、在工程地质中的具体应用分析 该大桥工程地震反射波法检测系统所使用的12道接收,单边引爆6次覆盖,通常在引爆一各炮点之后,后面的炮点及接收区域是根据横排及纵列以此向前移动1个道间的距离,从该大桥的实际情况来分析,其具体的偏移距为20 m,纵向测线上的炮点间距以及道间距都是5 m。采样的时间每次都间隔为0.3 m/s,采样的距离为4 098。 四、勘察资料的研究分析 1、勘察资料的处理程序 该大桥工程采取的地震反射波法勘察的资料使用专业的陆上地震发射波数据处理软件进行研究,其主要的程序涵盖了预处理,剖面处理以及其他方面相关的处理程序。所谓的预处理主要工作就是完成记录数据的归纳,以及频谱研究,选取共偏移道集以及共中心点道集等相关方面的任务;而剖面处理主要是对共偏移道集的自动校正,速度研究,小波道间相关去噪等有关方面的工作;最后是解释处理,这其实就是对不同记录数据的频谱进行详细的比较和研究,比较纵和横剖面交点道进行校正,从钻探信息中找出对监测剖面的相关解释内容。 2、地质解释以及资料处理 原始地震记录数据在通过相关的技术处理之后,能够获取地震波反射时间的剖面图,按照时间剖面图的详细情况可以从中反应出反射波组特点,利用地区地质的相关情况以及钻孔资料可以明确不同的地质结构,以及构造的特点,其中通常都涵盖了研究地震反射波组的特点,制作地质解释剖面图以及相关的内容。具体来看, (1)、时间剖面的波组特点,在该大桥的位置覆盖层,中等风化岩层的分界区域,都可以构成非常强的反射波组,发射波组的同组轴都是相互平行,同时保持连续性的状态。通过对时间剖面的波组特点可以清晰的反应出,在基岩面以下部分具有非常显著的反射波组和相轴合并,波组间隔变化较快,反射错乱等等相关的变化,这就充分的表明基岩内部的具体结构。 (2)、制作地质解释剖面,按照地震反射波的时间剖面图能够明确反射界面的区域,然后同之前的钻孔信息进行详细的比较,进而明确反射波双程过程中的有效波速,明确大桥测线上反射界面的深度。大桥某测线地震反射波探测的地质解释剖面见下图。 (3)、数据信息处理,一般这都是通过计算机对搜集的资料进行影响,以及获取地震相关的指标参数,提升信噪比为主要目标的整个处理过程和方法。其大体涵盖了数字滤波速度研究以及校正叠加等等一些相关的内容。利用不同功能的地震处理,充分的显示出其是表明岩性和地下结构等的参数据处理和地震剖面为目标的,提升分辨率,科学反射信息以及加强信噪比,以此来更好的限制不同方面的影 响,进而取得对地质解释的水平叠加偏移的时间剖面,以及可以折射出地下地质状况信息。 3、勘察结果的分析 从本次地质反射波勘察结构及之前地质钻探信息的探测成果全面的研究,其中一般涵盖了明确岩土分层及裂隙构造等相关内容。根据地震反射的勘察结果,大桥周边地质钻孔信息资料,可按照波阻等物理的指标参数将该大桥区域内岩土层分为4层,从上至下以此划分为表面覆盖层,以中等风化岩层等相关内容。该次地震反射波探测中一共发掘了4 个小断层,以及裂隙等。利用同周边的地质钻孔资料进行比较分析可以反映出,地震反射波同相轴的变更一般都是由花岗岩不均匀风化,及中等风化岩层中含有强风化岩夹层而导致的。

低应变反射波法检测桩基完整性简介

桩基完整性检测 ----------低应变反射波法简介 一、前言 在桩基完整性动力检测诸方法中,由于低应变动力检测仪器设备轻便,成本低廉,现场检测速度快,覆盖面大,受到广大受检单位的欢迎。为了确保桩基工程的质量,我国相关部门先后编制了一系列规范规程,其中《基桩低应变动力检测规程》(JGJ/T93-95)以及《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01-2004)的发布实施,使基桩低应变动力检测工作更加严格规范,也为检测报告的统一编写起到规范化的作用。 二、低应变反射波法的原理 低应变反射波是基桩工程质量检测普遍使用的一种有效方法,它以检测原理清晰,测试方法简便,成果较可靠,成本低,便于对桩基工程进行普查等特点在成桩质量检测中充分发挥作用。 我国发布实施的现行动力检测规范中反射波法的适用范围中明确指出:该法可以检测桩身混凝土的结构完整性,推定缺陷类型及其桩身中的位置,也可对桩的混凝土强度等级作出估计。由此可见,它可为基桩工程的成桩质量的分类提供评判依据。 1、基本概念 将桩视为一维弹性杆件,用力锤(或力棒)在桩头施加一小冲击扰动力F(t),产生瞬时激振,激发一应力波沿桩身传播,然后利用速度检波器、速度或加速度传感器接收由初始信号和由桩身缺陷或桩底

产生的反射信号组合的时程曲线(或称为波形),最后分析者利用信号采集分析仪对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析,并结合有关地质资料和施工记录作出对桩的完整性的判断。 2、应力波基本概念 应力波:当介质的某个地方突然受到一种扰动,这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去,这种扰动传播的现象称为应力波。 波阻抗:将桩当作一维杆件,其直径远小于长度的杆件,当遇到桩身阻抗Z= ρ·AC(ρ:密度;C:应力波速;A:桩横截面积)。变化界面时,要产生反射和透射。弹性波在桩身内传播遇到桩身阻抗界面时是垂直入射和反射的。假定桩界面上段的阻抗为Z1,下段的阻抗为Z2,且不考虑桩周土阻力的影响。根据桩在界面上位移和速度的连续条件,力与应力和位移的关系,可推导出在桩身阻抗变化处的反射系数Rf 关系式: Rf=(Z1-Z2)/(Z1+Z2) 式中:Rf-反射系数; Z1、Z2-分别为桩身材料上、下界面的广义波阻抗; ρ、A、C-分别为桩身材料的质量密度、桩身截面积及应力波速。 根据反射系数R f 的正、负来确定桩身阻抗的变化情况:当RF>0 时,反射波与入射波同相位,表示桩身界面阻抗由大变小,如缩径、离析、断桩及桩底反射等;反之,Rf<0 时,反射波与入射波反相位,表示桩身界面阻抗由小变大,如扩径、端承桩桩底反射情况。桩截面

经典低应变反射波法的基本原理

一、低应变反射波法的基本原理 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。 ①当Z1=Z2时,表示桩截面均匀,无缺陷。 ②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。 ③当Z1

反射波法基本测试原理与波形分析

一. 反射波法基本测试原理与波形分析 1.广义波阻抗及波阻抗界面 设桩身某段为一分析单元,其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ,C ,A 表示,则令 Z =ρCA (7-1) 称Z 为广义波阻抗。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时,则相应的ρ、C 、A 发生变化,其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为 2 2211121A C A C Z Z n ρρ== (7-2) 称n 为波阻抗比。 2.应力波在波阻抗界面处的反射与透射 设一维平面应力波沿桩身传播,当到达一与传播方向垂 直的某波阻抗界面(如图7-2所示)时。根据应力波理论,由连续性条件与牛顿第三定律有 V I +V R =V T (7-3) A 1(σI +σR )=A 2σT (7-4) 式中,V 、σ分别表示质点振动的速度与产生的应力,下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波与透射波。 由波阵面的动量守恒条件导得 σI =-ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T 代入式(7-4),得 ρ1C 1A 1(V I -V R )=ρ2C 2A 2V T (7-5) 联立式(7-3)与(7-5),求得 V R =-FV I (7-6a) V T =nTV I (7-6b) 式中 n n F +-= 11 称为反射系数 (7-7a) n T +=12 称为透射系数 (7-7b) 式(7-6)就是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。 3.桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系 (1)桩身完好,桩底支承条件一般。此时,仅在桩底存在界面,速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。 因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2,所以n = Z 1/Z 2>1,代入式(7-7)得 F <0,(T 恒>0) 由式(7-6)可知,在桩底处,速度量的反射波与入射波同号,体现在V (t )时程曲线上,则为波峰相同(同向)。典型的完好桩的实测波形如图7-4。 由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 1 2t L C = (7-8) Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射

反射波法检测基本原理

1FDP-204PDF型低应变检测仪的基本原理 基桩完整性反射波法测试技术是以一维波动理论为基础的[ 2, 3 ]. 假定基桩作为均匀细长的线弹性杆件, 当 桩顶受到纵向冲击力作用时, 激起桩纵向应力波沿桩身传播. 根据波动方程的解, 桩的应力波传播规律为: U R = RU 1, (1) U T = TU 1. (2) 式(1) 和式(2) 中,U I、U R 和U T 分别表示入射波、反射波和透射波, R 和T 分别表示反射系数和透射系数. 当桩身波阻抗有明显变化时, 就会有反射波回到桩顶引起基波振幅和相位发生变化, 由记录分析仪所接收到的波形数据, 就可以判断桩身的完整性, 其检测如图1 所示. 图1低应变反射波法检测桩身完整性示意图

2 桩身不同缺陷理论与实测波形分析 根据反射波法的原理, 当桩身波阻抗(Q cA ) 发生变化时, 会 产生反射波和透射波, 其中反射波传回桩顶, 被传感器接收. 根 据接收到的波形信号, 可以分析桩身的完整性. 现场检测时, 常 见的桩身缺陷类型主要有: 扩径、缩径、断裂、离析、夹泥、胶结不 良以及桩底浮渣较多等. 2. 1完整桩的波形曲线 当桩身完整时, 仅存在唯一的反射界面, 即桩底反射面, 其 理论曲线如图2 所示. 在条件较好的情况下, 可以得到明显的桩 底反射波(如图3 所示) , 该曲线是用高阻尼传感器通过橡皮 泥粘结, 用力棒激振在某工地工程桩上测得的. 此时, 可以利 用波速c、反射时间t 和桩长L 三者之间的关系(即L = ct?2) 来估算桩长或波速. 进而根据波速与砼强度的关系来评估桩 身混凝土的强度[ 4 ].

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案

试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案第1题 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成的夹角宜为 A.45? B.90? C.135? D.180? 答案:B 第2题 低应变反射波法检测中,用加速度计测得的原始信号是,实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度 答案:B 第3题 低应变反射波法检测时,每个检测点有效信号数不宜少于个,通过叠加平均提高信噪比 答案:C 第4题 当桩进入硬夹层时,在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波

A.反向 B.奇数次反射反向,偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向,偶数次反射反向 答案:A 第5题 低应变反射波法检测中,桩身完整性类别分为类 答案:D 第6题 低应变反射波法所针对的检测对象,下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩 答案:B 第7题 对某一工地确定桩身波速平均值时,应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算 答案:D 第8题 低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间

答案:B 第9题 低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时,激振的能量和频率要求 A.能量小,频率低 B.能量大,频率高 C.能量小,频率高 D.能量大,频率低答案:C 第10题 港口工程桩基动力检测规程中,“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述,应判为桩 A.Ⅰ类 B.Ⅱ类 C.Ⅲ类 D.Ⅳ类 答案:B 第11题在距桩顶X的桩身某处桩周土存在硬夹层,其低应变反射波法实测曲线具有以下特征 A.在2X/C时刻会有同向反射波 B.在2X/C时刻会有反向反射波 C.在X/C时刻会有同向反射波 D.在X/C时刻会有反向反射波 答案:B 第12题 低应变反射波法检测时,采样时间间隔或采样频率应根据合理选择A.测点下桩长、桩径B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间C.测点

弹性波和塑性波

第一题:推导波动方程,简述弹性波和塑性波的主要区别?要求给出主要的推导步骤,主要的方程,以及弹性波和塑性波的本质区别。 圆柱杆中的弹性波的传播,如图所示为撞击杆以速度V 撞击长圆柱杆,并在圆柱杆中产生了自左向右传播的压缩应力波。T 时刻,这个扰动的波阵面在x 位置处。分析时忽略横向即杆Oy 方向的应变和惯性。在t 时刻,考察波阵面在截面AB 和A`B`的情况,截面A`B`离起始位置的距离为x+δx,对AA ’BB ’部分。 这里需要设定几个假设: 1、忽略细长杆的横向应变和横向惯性效应; 2、忽略杆的重力和材料阻尼; 3、变形前后横截面为平面,即平截面假定。 应用牛顿第二定律,有 图:波在杆中的传播 (a )冲击前;(b )冲击后 F ma = 22x A A x A x x t σσσδρδ??????--+= ???????? ? 22u x t σρ??=?? 而变形是弹性的且假定满足胡克定律:

=E σε 其中ε为应变,定义为/u x ??,负号表示压应变,因此有 22u u E x x t ρ?????=??????? 和 2222u E u t x ρ??=?? 上式即为弹性波的波动方程,其中0E C ρ=为波速。 二、弹性波和塑性波的区别 当物体某部分突然受力时,该处将产生弹性变形,并以波的形式向周围传播,使整个物体产生弹性变形,这种波称为弹性波。 当物体受到超过弹性极限的冲击应力扰动后产生的应力和应变的传播、反射,并使得物体产生塑性变形,这种波称为塑性波。 由于固体材料弹性性质和塑性性质的不同,因此在均匀的弹塑性介质中传播的塑性波和弹性波是有区别的,主要表现在: 1、塑性波波速与应力有关,它随着应力的增大而减小,较大的变形将以较小的速度传播,而弹性波的波速与应力大小无关; 2、在应力σ和应变ε的关系满足()σσε=时,塑性波波速总比弹性波波速小; 3、塑性波在传播的过程中波形会发生变化,而弹性波则保持波形不变。 弹性波和塑性波的这些本质区别可以从波动方程中看出,在波动方程中的C 表示的就是应力波的传播速度,其中 弹性波的波速为:001d C C d σε ρ==,,Y d d E σσε≤= 塑性波的波速为:001d C C d σερ= <,,Y d d E σσε>< 其中Y 表示材料的屈服强度,E 表示材料的弹性模量。 从上式中我们很容易看出,无论的弹性波还是塑性波的波速都取决于材料的应力—应变曲线的斜率d d σε,显然在弹性阶段和塑性阶段是不同的。塑性波的波速是应变的函数,它

小议运用低应变反射波法检测基桩完整性韦书向

小议运用低应变反射波法检测基桩完整性韦书向 摘要:检测搅拌桩桩基还处于探索应用阶段,试就其可行性以及应用中的不确 定性、具体操作步骤低应变反射波法用于作以探讨。 关键词:低应变反射波;检测;桩基;完整性;可性 随着我国国民经济与工程建设的快速发展,基桩检测作为隐蔽工程验收的重 要环节,对保证整个工程建设的安全稳定起着十分重要的作用。在各种检测方法中,反射波法目前应用最广泛、使用最便捷,理论与实践发展也比较成熟,有比 较先进的仪器设备及应用分析软件。但是总体而言,基桩检测技术在我国的应用 发展时间不长,许多测试方法不仅理论上不够完善,实际应用中也存在一些问题。反射波法虽然发展较快,应用广泛,但同样存在问题和缺点(局限性),同时因 其简便快捷、成本低廉,目前有忽视其缺点和适用范围而走向泛滥的趋势。 反射波法是低应变测定混凝土桩桩身完整性的一种检测方法,其经过多年的研究、应用及发展,该项技术已经逐渐走向成熟,事实证明它是一种准确可靠、经 济快捷的检测手段。 近年来,随着深层搅拌桩在软土地区的广泛应用,工程上迫切需要一种能够对 此搅拌桩桩身质量进行快速有效地分析与评估的检测手段。但是长期以来,对搅 拌桩桩身质量的检测往往只能依赖于钻孔取芯或开挖取样等方法,这些方法尽管 直接可靠,但由于其时间长、成本高,所以很难对大批量的搅拌桩进行综合质量 评估,其结果也就难免以偏概全。 因此,能否将应用于混凝土桩身质量评价的反射波法成功地应用于搅拌桩,已 经成为桩基动测界中一个迫切需要研究及解决的课题。在国内,到目前为止,反 射波法搅拌桩桩身质量还处于探索阶段,尽管有许多学者与同行进行过相关的研究,但是由于所检测的对象具有相当的复杂性(地质环境差异、桩身材料的非严 格均匀性、桩周介质阻抗与桩身介质阻抗差异小、施工工艺的差异、测试现场条 件的差异),其准确性与可靠性还有待进一步提高与完善。 1 反射波法的理论基础与可行性分析 1.1基本原理 基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振,弹性 波沿着桩身向下传播,当桩身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)或桩身截面面积变化(如缩径或扩径)部位,将产生反射波。经接 受放大、滤波和数据处理,可识别来自桩身不同部位的反射信息,据此计算桩身 波速,以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波 到达时间对桩的实际长度加以核对。 1.2低应变反射波法检测桩体完整性的可行性分析 反射波法是建立在一维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的 一维线弹性体(桩的长度远大于直径,且入射波波长λ大于桩的直径),当用手 锤在桩顶敲击时,产生的应力波在桩身传播满足一维波动方程,对于水泥搅拌桩 的假设设定如下:(1)水泥搅拌桩是否可视为一维杆件。(2)水泥搅拌桩桩身 材料是否可视为弹性材料。(3)水泥搅拌桩桩身波阻抗是否可以被识别。 从目前工程上的应用来看,水泥搅拌桩桩径多为50cm,桩长多为8m以上,长 径比一般在16以上,符合桩长远大于桩径的理论条件,桩体可视为一维杆件。 水泥搅拌桩是由水泥就地与地基土充分搅拌硬化而成,水泥土在受力初期,应 力与应变关系基本上符合虎克定律。可视为弹性材料。

地震波反射法实施细则

地震波反射法(简称TSP)实施细则 1 检测原理 地震波反射法(TSP法)是利用地震波反射回波方法测量的原理。地震波震源采用小药量炸药激发产生,炸药激发在隧道边墙的风钻孔中,通常24个炮孔布置成一条直线。地震波的接收器也安置在孔中,一般左右洞壁各布置一个。地震波在岩石中以球面波形式传播,当地震波遇到弹性波阻抗差异界面时,例如断层、岩体破碎带、岩性变化或岩溶发育带等,一部分地震信号反射回来,一部分信号透射进入前方介质继续传播。反射的地震信号被高灵敏度的地震检波器接收,反射信号的传播时间与传播距离成正比,与传播速度成反比,因此通过测量直达波速度、反射回波的时间、波形和强度,可以达到预报隧道掌子面前方地质条件的目的。在一定间隔距离内连续采用上述方法,结合施工地质调查,可以得到隧道围岩的地质力学参数,如-动弹性模量、动剪切模量和动泊松比参数等。工作中结合相关的地质资料和施工地质工作,总结预报经验可以提高预报的准确性。 2 检测仪器简介 采用地震波反射法(TSP)技术进行预报中,使用的仪器为TGP206隧道地质超前预报系统,TGP206(Tunnel geology Prediction )由北京市水电物探研究所研制,已经经过国内著名隧道专家组评审,鉴定为具有国际先进技术水平。 TGP206隧道超前地质预报系统包括仪器主机、配件和处理软件三部分组成。下图为TGP206隧道超前地质预报系统实物照片。

图TGP206隧道超前地质预报系统 3 探测方法 采用黄油耦合,定向安置孔中三分量检波器;记录接收器孔、距离接收器最近的炮孔和隧道掌子面的里程桩号,以及各炮孔间的距离,以上数据填写在《TGP 现场数据记录表》中;爆破孔药量一般控制在50~70克,采用计时线炸断的触发方式,在孔中灌满水的条件下激发,按序依次起爆和进行数据采集。工作中对测线布置段至隧道掌子面间的隧道围岩进行地质描述,以利于资料解释。 4 测线布置 在隧道左或右壁的同一水平线上从里向外布置24个炮孔,炮孔间距2.0m,炮孔高度1.1m;与接收孔的最近距离一般为20m。下图为工作布置示意图和钻孔布置平面示意图。

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