[发明专利]基于表面波谱扰动特征识别地下浅部异质体类别方法

说明书

本发明公开了一种基于表面波谱扰动特征识别地下浅部异质体类别方法，包括：在异质体可疑区域附近布置一条参考测线，对测试信号作二维傅里叶变换得到频率—波数域谱，由谱脊线得到平均相速度；对测点测试信号作一维傅里叶变换，得到偏移距—频率域谱云图，由平均相速度将偏移距—频率域谱云图转换至偏移距—波长域谱云图，作为参考谱云图。在可疑区域布置一条测试线，得到测试谱云图，与参考谱云图比较，由谱云图特征扰动对应波长及偏移距预估异质体埋深、位置，由谱强度相对减弱或增强识别异质体类别。本发明通过对一组表面测点振动响应信号，得到偏移距—波长域表面波场谱云图，对谱图扰动特征分析，能预估异质体方位、埋深以及识别异质体类别。

技术领域

本发明涉及岩土工程或市政工程地下浅部异质体探测技术领域，尤其涉及一种基于表面波谱扰动特征识别地下浅部异质体类别方法。

背景技术

岩土工程或市政中经常会遇到充气或充水地下防空洞、溶洞、管道、软土、淤泥等，这些异质体剪切波速(或称刚度)低于周围介质，为软质体，对飘石、混凝土块等异质体，刚度高于周围介质，为硬质体。当场地含软质体或硬质体会影响施工安全及工程质量，特别是隧道盾构施工过程可能存在以下风险：开挖面失稳；衬砌结构稳定性受影响；地面沉降、建(构)筑物变形；盾构机突陷；盾构机刀盘刀具损坏；岩溶水侵蚀等，为确保施工安全及工程质量，地下异质体必须及时探测及处理。

当场地存在异质体时，异质体与周围介质的材料特性参数出现差异，从而形成一个材料特性参数分界面。材料参数有热学的，磁学的、电学的、力学的，目前，已发展了很多不同种类物探方法探测这些物性参数分界面，如地质雷达、井中雷达、电磁波CT、高密度电法、电法CT等，不同物探方法有其局限性及适用范围。

波的运动学及动力学特性对介质力学参数变化敏感，地震反射及折射法就是通过对体波在异质体散射分析探测异质体。但对浅部异质体，体波散射波在表面波场能量相对较弱，且体波散射波与表面波时间窗口往往重叠，因此，体波散射波信号识别难度较大。与体波相比，瑞利波能量主要分布于一个波长深度内，当浅部存在异质体，相对体波散射，瑞利波散射能量较大。

对洞穴情形，已有一些研究利用瑞利波散射时程曲线确定洞穴位置及埋深，为了突出测试信号中瑞利波散射路径，需在频率—波数域对信号二维滤波，压制前行瑞利波。滤波参数与前行瑞利波波速有关，滤波参数设置不合适会影响滤波效果及分析结果。瑞利波散射导致表面波场表观相速度随频率扰动，扰动形态与洞穴位置及深度有关，利用表面两不同位置测点信号作互谱分析可得到表观相速度，但该方法易受体波干扰、测点与洞穴以及测点间距离等因素影响。由于不同波长在洞穴上方能量变化程度不同，利用谱强度扰动可较好预测地下浅部洞穴位置及埋深。洞穴只是软质体一个特例，浅部软质体及硬质体对表面波散射特征不同于洞穴情形，针对洞穴探测各种分析方法应用于一般地下浅部软质体及硬质体探测分析，可能会导致漏判或误判。本发明旨在基于表面谱扰动特征与异质体软硬类别关系，给出地下浅部异质体类别识别方法，同时也给出适用于各类异质体的方位及埋深预估方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于表面波谱扰动特征识别地下浅部异质体类别方法，它利用软、硬异质体上方表面波谱强度扰动特征不同，通过对偏移距-波长域谱云图扰动分析，由谱强度变化对应的偏移距，预测异质体在测线上沿波传播方向位置；由异质体上方表面谱强度减弱或增强识别异质体软硬类别；由异质体前后方谱扰动特征波长预测异质体埋深范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于表面波谱扰动特征识别地下浅部异质体类别方法，该方法包括以下步骤：

S1、在异质体可疑区域附近布置一条参考测线，测线上等间距布置N个测点；

S2、以重锤作为振源的激振工具，激振位置与最近测点的距离确保测试波场由表面波主导，在激振位置地表放置锤垫，以多道地震仪或面波仪记录测线测点振动响应，得到距振源不同位置测点的测试信号；