复杂公路路基瑞利波探测中的频散曲线研究

论文摘要

瑞雷面波勘探法是一种新型的工程地球物理勘探方法。由于该方法具有操作简便,探测速度快、对检测场地要求不高且能一次获得与深度相关的地层瑞雷面波速度参数的特点,因而在工程地质勘察和工程质量检测领域得到了广泛的应用。应用瞬态瑞雷面波法对公路工程的质量检测,具有非破损性、高代表性的优点,能很好的适应公路工程快速发展的需求。了解复杂公路路基中瑞利波的传播规律,对于分析研究复杂公路路基介质结构具有指导性作用。本文以公路路基中瑞利波的传播特性为基础,用有限元方法模拟实际公路路基中可能存在的缺陷情况,并对这些公路路基中的频散曲线进行了深入的分析与研究,本文研究的主要内容及成果如下:(1)基于公路路基各方面的参数资料,通过反复调整模型参数进行有限元计算和结果的对比分析,设计了符合实际公路完整路基情况的地层模型。(2)计算了公路路基第二层存在横向存在硬软分区的有限元模型,讨论了两种情况下横向软弱层波速、厚度、埋深和软硬分界线的位置的改变对频散曲线的影响,并进行了分析,发现公路路基中存在第二层存在硬软型横向分层与软硬型横向分层有明显的区别,并且频散曲线能反映出软区的波速、厚度以及软硬分界线的位置。(3)计算了公路路基第二层存在空洞的有限元模型,研究了空洞位于检测系统中不同水平位置时的频散曲线,指出了当空洞位于检波器下时,检测系统能最好地检测出空洞的特征。研究了空洞位于检波器下时长度、宽度、高度和埋深对公路路基频散曲线的影响,发现频散曲线次高频被拉出和频散曲线低频部分呈现出明显的“阶梯”形是公路路基存在空洞的重要特征,并且空洞的长度、宽度、高度与埋深的大小与“阶梯”形频散曲线有明显的对应关系。(4)通过研究了空洞的四个参数的雅克比矩阵Js并分析计算出它们的敏感性曲线,得出了空洞各个参数对频散曲线的敏感性大小。(5)本文将数值模拟计算结果与实测结果进行了比较,进一步验证了数值方法研究瑞雷波地基检测过程的可行性。本研究得出的结论,为工程技术人员用瑞利波法对公路路基进行检测提供了可靠的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 瑞利波勘探的研究现状
• 1.3 瑞利波测试目前存在的问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 公路路基有限元建模及频散曲线提取
• 2.1 引言
• 2.2 瑞利波的形成
• 2.3 软件介绍及建模设置
• 2.4 本文采用F-K域数值处理方法
• 2.5 瑞利波地基检测中数值模拟的模型验证
• 2.5.1 地基和锤击的有限元模型
• 2.5.2 瑞利波频散曲线提取的数值模拟
• 2.6 本章小结
• 第3章 公路路基中存在横向分区软弱地层的频散曲线研究
• 3.1 引言
• 3.2 完整公路路基的建模及提取频散曲线
• 3.3 公路路基第二层横向存在先硬后软分区的频散曲线研究
• 3.3.1 “阶梯”形频散曲线的出现
• 3.3.2 小“之”字形频散曲线向“阶梯”形频散曲线的过渡
• 3.3.3 软弱层埋深的增加对频散曲线的影响
• 3.3.4 “N”形“之”字形与“阶梯”形频散曲线的转化
• 3.4 公路路基第二层横向存在先软后硬分区的频散曲线研究
• 3.4.1 软弱层波速与“之”字形的关系
• 3.4.2 “之”字形频散曲线个数的变化
• 3.4.3 软弱层埋深的增加使检测难度增加
• 3.4.4 软硬分界线位置与软硬分区频散曲线形态关系的研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 公路路基中存在空洞的频散曲线研究
• 4.1 引言
• 4.2 瑞利波检测空洞时系统设置的最优化研究
• 4.3 空洞位于检波器下时空洞各参数对频散曲线的影响分析
• 4.4 测线位置对频散曲线的影响
• 4.5 空洞各参数对频散曲线的敏感性分析
• 4.6 理论与实际数据的频散曲线对比
• 4.6.1 实验介绍
• 4.6.2 实验所得的路基中含有空洞代表性频散曲线
• 4.6.3 与工程实际中浅层地震勘探的结果对比
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢