售 ■：几一＿Ｊ一 面波技术在电力工程勘察中的应用 李仁海，王颖，李党民，单波 西安７１００３２） ｆ中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西摘要：多道瞬态面波勘察技术是近几年快速发展起来的高新物探技术，在工程勘察中有着广泛的应用前景。 本文主要叙述了多道瞬态面波技术的勘察原理、技术方法以及数据处理解释，然后通过在电力工程勘察中的 实际应用进行了研究和总结。 关键词：多道瞬态面波；高新物探技术；电力工程勘察。 中图分类号：Ｐ６３１文献标志码：Ｂ文章编号：１６７１—９９１３（２０１５）０６—００２７—０５ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ 一 一 ， ＬＩ Ｒｅｎ—ｈａｉ，ＷＡＮＧ Ｙｉｎｇ，ＬＩ Ｄａｎｇ—ｍｉｎ，ＳＨＡＮ Ｂｏ （Ｎｏａｈｗｅｓｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ ｏｆＣｈｉｎａ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｍａｌｔｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｈａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｎｅｗ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｈａｓ ａ ｂｒｏａｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ；ｈｉｇｈ ａｎｄ ｎｅｗ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ 多道瞬态面波勘察技术（以下简称面波技 １方法原理 面波是指在弹性分界面处由于波的干涉而 产生，并且沿界面传播且波动现象集中在界面 附近的一种弹性波。具有以下几种主要特性： 术）是近几年快速发展起来的高新物探技术， 利用其频散特性和传播速度与岩土物理力学性 质的相关性可以解决诸多的工程地质问题。近 几年，随着计算机的发展和对面波研究的不断 深入，利用面波进行勘察得到广泛的发展，面 波技术在近些年中成功应用于岩土工程勘察领 域，在滑坡、断裂带、岩溶等不良地质体调查， 以及地层划分等方面发挥了巨大作用。西北电 力设计院自２００７年引进了北京水电物探研究 所的ＳＷＳ面波仪，开展了大量的电力工程面 波勘察工作，探索资料处理解释方法和应用范 围，取得了良好的成果，也取得了显著的社会 效益和经济效益。 （１）在均匀介质条件下，面波的传播速度 与其振动频率厂（即面波的波长）无关，面波 ．在均匀介质中传播没有频散性。在不均匀介质 中，面波的传播速度 是频率的函数，即面波 的传播速度随着频率的变化而变化。面波在非 均匀介质中具有频散特性。这是面波勘察的物 理基础。 （２）在多层介质中，面波具有明显的频散特 性。面波沿地表传播，影响表层的深度约为一 个波长，在深度约为半波长时，面波能量最大， 收稿日期：２０１５．０３．１６ 作者简介：李仁海（１９８２一），男，山东泰安人，硕士，工程师，主要从事物探研究。 ２０１５年１２月第６期一 ＾＇ ／ 因此某一波长的面波的速度主要与小于一个波 长深度范围内的地层有关。这是进行面波勘察 定量解释的依据。因此同一波长面波的传播特 性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不 同波长的面波的传播特性反映了不同深度的地 质情况。 利用瞬态冲击力作为震源，激发包含多种 频率成分的地震波，在地面上沿波的传播方向以 一定的道间距ＡＸ设置Ｎ＋１个检波器，就可以 检测到面波在Ⅳ×ＡＸ长度范围内的传播过程。 设面波的频率为 相邻检波器记录的面波 的时间差为△≠（或相位差为△ ），则相邻道长 度内面波的传播速度为： ＝笪或 ＝ Ａｔ测量范围内Ｎ △Ｘ内平均波速为： ： 或 ： ∑△ｆ ∑△ 在同一地段测量出一系列频率对应的值 ＶＲ就可以得到一条ＶＲ～ｆ频散曲线，频散曲 线的变化规律与地下介质条件存在着内在联系。 根据频散曲线和反演计算，就可以划分地下介 质的分布形态。 ２野外施工参数设置 ２．１干扰波的处理 面波勘察野外数据采集时，会遇到很多干 扰波，例如：声波、直达波、反射波、折射波、 多次反射波、绕射波、散射波，另外还会由于 环境等影响会出现工业游离电、微震动等干扰。 由于有效波和干扰波在波的运动学和动力 学方面的差异主要表现在频谱、视速度、波至 时间、振幅、波形等方面。干扰波的处理措施 主要为： （１）设置合理的偏移距，可以使直达波、反 射波、折射波、声波等规则干扰波与面波分离开， 便于后续数据处理剔除干扰波。 （２）对于不规则干扰波要通过试验找到其发 生的规律，寻找合适的观测时间进行数据采集， ２８．２０１５年１２月第６期 减少其影响。在后续数据处理中滤波、叠加等 数字处理手段进行压制。 在一个新的工作区域开展面波勘察工作之 前，必须进行有效波、干扰波的试验工作，以 了解规则和不规则干扰波的存在情况，从而确 定观测系统和采集参数设计工作。 ２．２采集参数设置 ２．２．１检波器的选择 一般采用动圈式检波器，除了要求防水性 好、高保真、合理的阻尼系数、线形响应好外， 更多是要考虑检波器的谐振频率。一般对于土 层宜采用４ Ｈｚ或１０ Ｈｚ的检波器，对精度要求 高的浅部探测可以选用２８ Ｈｚ的检波器。 ２．２．２偏移距的选择 偏移距的选择可以确定合适的接收窗口， 一方面可以使直达波、反射波等干扰波与面波 在时间上能区分开，另一方面合适的情况下还 可以使高阶面波和基阶面波分离开，得到更纯 的面波。偏移距太小，不能分辨出面波和干扰波； 偏移距太大，后震动的能量就减弱，影响分辨率。 野外采集数据时，要根据场地条件进行试验后 确定偏移距参数。 ２．２．３道间距的选择 道间距的选择主要考虑到勘探深度与勘探 精度。依据采样定理，对于面波而言，道间距 要小于需要勘探的最浅深度所需波长的Ｉ／２，才 能保证在空间域（ｘ方向）不会出现空间假频； 面波的勘察深度基本与排列的长度相当。 ２．２．４激振源的选择 常用的激振源包括炸药、雷管、电火花、 震源车、锤击等。实际工作中从电力勘察的成 本、安全方面考虑一般采用锤击和落重两类震 源。通过试验可以发现。 （１）随着震源重量的增加，激发出的面波中 低频率成分比重越大。 （２）在等重量条件下砂土激发的面波频散曲 线要好于力锤激发的曲线。 （３）面波勘察工作，应根据勘察目的选择合 茸 硼Ｉ：几＿．Ｌ 续表３ （２１ ２００１版荷载规范和２０１２版荷载规范 盔阻隔栅８根２８ｍｍ １１ 圈粗 ■－旧●嘎阴 啊切唧■ 哪 ＿ ．■■●既啜—＿ —Ｏｌ３Ｏｍ ６根２８ｍｍ １８．６９ｍ —Ｏ－３Ｏｍ １８．６９ｍ 的更迭对支柱的配筋计算结果存在影响，按照 ２０１２版荷载规范计算得到的钢筋面积小于按照 —Ｏ－３０ｍ １８．６９ｍ —Ｏ－３Ｏｍ １８．６９ｍ １１根２８ｍｍ ８根２８ｍｍ １２ ７根２８ｍｍ ６根２８ｍｍ ８根２８ｍｍ ２００１版荷载规范计算值。 （３）对比１０种不同的柱轴线偏差情况，从 稳定方面，１０种支柱产生偏差的情况对于冷却 塔稳定性的影响很小。 １Ｏ根２８ｍｍ 由以上对比结果可以看出，支柱的径向和 切向最大的配筋出现在情形１，即“不存在施工 缺陷的状态，按照２００１规范中风压高度变化系 数所计算”。 （４）对比ｌ０种不同的柱轴线偏差情况，根 据柱截面配筋计算结果，表明原设计的配筋面 积有一定的富裕度，结构是安全的。 因此，可以看出，施工产生的偏差对支柱 造成的影响小于规范中风压高度变化系数所产 生的影响，施工图中ｘ支柱所配置的钢筋可以 满足按照２０１２规范风压高度变化系数变化以及 产生了施工缺陷共同作用所计算的结果。 参考文献： ［１］李天兰．三维点云数据的处理及应用［Ｄ］．昆明： 昆明理工大学，２０１１ ［２］孙正林．三维激光扫描点云数据滤波方法研究［Ｄ】． 长沙：中南大学，２０１１． ７结论 （１）已建成的间冷塔存在施工偏差。与《双 【３】周华伟．地面三维激光扫描点云数据处理与模型构 建［Ｄ】．昆明：昆明理工大学，２０１１． ［４】赵威成．三维激光扫描系统点云数据向ＡｕｔｏＣＡＤ 曲线冷却塔施工与质量验收规范》中的施工允 许偏差标准相比，最大中线偏差已经超出施工规 数据格式转换『Ｊ］．测绘工程，２０１０，１９（１）． ［５】丛培江，等．间接空冷塔结构优化设计［Ｊ］．电力建设， ２０１ｌ，３２（４）． 范的允许值３９０％，施工实际偏差大于规范中的 允许值。 频散数据反演计算岩土体的力学参数。另外面波技术在复杂地层、深部勘察、反演技术方面需 要开展更多的研究工作。同时面波勘察的资料解释要结合钻探等资料，从而提高解释的精度。 参考文献： ［１】西北电力设计院．面波技术在电力勘察中的应用研究［Ｒ］．西安：西北电力设计院，２０１０年． ［２］ＪＧＪ／Ｔ１４３—２００４，１３７０—２００４，多道瞬态面波勘察技术规程［Ｓ］． ［３】单娜琳，程志平，刘云祯．工程地震勘探［Ｍ１．北京：冶金工业出版社，２００６． ［４］刘云祯．工程物探新技术［Ｍ】．北京：地质出版社，２００６． ２０１５年１２月第６期 － Ｆ－５ ＾
