工程物探方法技术研究课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程,物探,方法技术研究,王运生,郑州大学水利与环境学院,主要研究内容,面波勘探,工程,CT,、声波解释,地震成像、雷达成像,地震折射、电法解释,虚拟仪器和人工智能技术,隧道超前预报、桥梁检测,工程物探发展概况,地球物理学,是应用物理学方法研究地球环境的科学。地球物理勘探（简称物探）是地球物理学研究的主要内容之一。,应用地球物理手段来解决工程与环境中的地质及其相关问题，是近几年来地球物理学发展的一个新的前沿领域，称之为,工程物探,。,80,年代以来，随着我国的大规模经济建设和国土整治的迫切需要，工程物探得到了迅速发展。工程物探作为一种重要的测试和监测手段，同时也得到了工程界的普遍关注。,物探方法具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点。并且能对场地进行连续勘探，所生成剖面图像非常直观，能更好的了解和掌握地质构造分布情况。,瞬态面波勘探,瞬态面波法广泛应用在软土地基加固效果评价、加固地基承载力的检测，以及碎石桩、粉喷桩质量检测等方面。,其基本原理是在地面上产生一瞬时冲击力，由此产生一定频率范围内的瑞雷波面波。利用面波分析处理软件，可以计算出不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频散曲线。,频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系。通过对频散曲线进行解释，可获得地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的面波速度，据此可以很容易计算出横波速度，进而对地基质量进行评价。,面波性质、特点,与体波相比面波能量衰减很慢，在传播时具有较大能量,面波性质、特点,不同波长的面波具有不同的穿透深度。,因此在地表所测得的面波速度被认为是某一深度内的平均速度。,Source,Short wave length,Long wave length,测试方法原理,频,散曲线计算方法,相位差法：,利用,FFT,算法计算两个测点信号的相位差,（,=2n,+,；,0,2,），,然后用公式,V,R,(f)=2,f,x/,求解频散曲线。,F-K,法：,利用二维,FFT,算法对,多通道,地震信号变换分析，得到一条,f-k,曲线，然而根据公式,(k=f/V,R,),，,可得到频散曲线。,F-V,法：,计算面波信号“,F-V”,速度谱,然后据此求取频散曲线。具有精度高和适用性强等优点，可使用,两通道,或者,多通道,仪器采集信号。,“,F-V”,法基本原理,用,FFT,求某一频率,f,k,相关曲线,t-R,k,。,根据检波距由,t-R,k,变换求得,v-R,k,不同检波距,R,k,曲线相加得,V,-,R,k,曲线。,根据,V-,R,k,曲线最大值，求面波速度,V,R,。,根据不同频率,V,R,即可求得频散曲线,f-V,R,。,“,F-V”,法应用实例,面波法对,地基进行分层及强度划分,“,F-V”,法应用实例,2,地基夯实效果评价,地质剖面分层及强度评价,声波透射法检测原理,测试方法简单,用平均波速进行分析,有时会漏测严重缺陷,不能有效检测较小缺陷,无法确定缺陷具体位置,超声资料解释成果图,主要应用：,砼、岩石弹模,测试及其强度评价,测试方式：,孔中及孔间测量,弹性波,CT,起源于医学,CT,(,Computerized Tomography,),。,应用于工程检测与地球物理勘探并取得成功，由于具有很高的成像精度，因此,CT,技术受到越来越多专家和用户的青睐。,发展有弹性波,CT,、,电磁波,CT,和电阻率,CT,等。其中弹性波,CT,应用最为广泛。,根据激发方式和信号频率，弹性波,CT,又可分为地震波,CT,和超声波,CT,。,根据输入参数和剖面成果，弹性波,CT,又可分为,走时波速,CT,和,频谱,吸收系数,CT,。,弹性波,CT,成像原理,用扇形接收方式,需解算大型方程组,对软件设计要求高,图像显示直观明了,有效检测各种缺陷,防渗墙、砼质量检测,某隧道工程需要通过二叠系灰岩地区，为了查明其裂隙发育分布情况，采用地震波,CT,技术对下部介质进行波速成像，成像剖面为,86m,280m,。,从成果图中可以明显看出，岩体裂隙呈条带状分布与地层产状一致，同时局部有小溶洞发育，与地质钻探验证资料十分吻合。,地质构造岩溶探测,电磁波,CT,主要应用：煤田地质构造和灰岩地区溶洞探测,成像方法：坑透,CT,、,孔间,CT,浅层地震成像,浅层地震反射波法是水、工、环物探方法中最重要最常用的方法之一。,弹性波,CT,需要钻孔配合，才能完成数据采集工作。地震成像直接在地表进行测试，因此具有更重要的实际意义。,然而，长期以来浅层地震基本上都是照搬石油地震中的方法技术以及理论基础，应用效果受到限制。,综合运用地震勘探、信号分析、概率统计等技术，对浅层地震反射与散射信号进行联合成像研究，实现快速高精度直接成像，具有重要的学术价值和实际意义。,信号反射与散射示意图,同光线一样，地震波遇到弹性分界面时会发生波的反射和透射。地震反射波法勘探通常所利用的就是界面上的反射信号。,弹性波在传播过程中，当遇到地层尖断点或者异常体尺寸小于菲涅尔半径时，就会像光学中的衍射一样，这些介质性质突变点将产生波的散射,。,地震成像原理,首先提取出共反射点和共散射点记录。,然后把记录上的反射信号和散射信号同时聚焦到它们的空间位置上。,外业工作和实测记录,地震成像应用实例,目的：查明岩溶的分布范围和发育规模,地震成像应用实例,2,地质构造勘探,地质雷达成像,地质雷达是一种高分辨率探测技术，可以对浅层地质问题进行详细填图。在工程地质勘探、地质灾害调查和公路工程质量检测等领域得到了广泛应用。,对于土质场地而言，由于其对电磁波的吸收作用很强，探测深度受到一定的限制。,应用地质雷达成像技术，可以更准确的提取雷达成像速度，提高对雷达剖面的时深转换精度。同时可以有效地消除异常体所产生双曲线现象，恢复其本来面目。,地质雷达成像原理与浅层地震成像十分相似，在此不再多述。,雷达成像应用实例,实测信号来源：,SIR_Examples,雷达成像应用实例,2,a.,隧道顶部岩层厚度探测,(h=tV/2),b.,隧道掌子面前方地质情况预报,地震折射波法,主要应用：基岩面深度探测、地层划分,解释方法：延迟时,(t0),法、时间场法和波路拟合法,电测深曲线拟合解释,应用,:,地层划分,含水层探测,特点,:,设备简单成本底,测试方便效率高,要求,地层界面较平缓,高密度目标相关成像原理,当扫描点位离空洞很远时，相关系数近似为零。,随着扫描点位到空洞距离的缩小，相关系数逐渐增大。,当扫描点位与空洞位置完全重合时，相关系数为,1,。,目标相关成像应用实例,已知测试剖面内有一与之相垂直的水平圆柱状空洞，中心位置埋深,3.5m,，,洞径,0.3m,。,用目标相关算法对所测资料进行解释，图中高阻异常体位置与实际情况相一致。,虚拟仪器和人工智能技术,美国,NI,公司最早提出了“软件就是仪器”的概念，并在这一领域始终保持着技术领先。基于计算机声卡的虚拟仪器具有成本低、携带方便、操作简单等优点，取得了较好的应用效果。,现场总线技术是,20,世纪,80,年代中期在国际上发展起来的一种工业控制技术。是用于现场仪表设备与控制主机之间的一种开放的通信系统。,人工神经网络是模仿人脑结构和功能的一种信息处理系统，它是由大量的，同时也是很简单的神经元有序地互相连接而形成的非线性动力学系统，具有逼近任意连续函数和非线性映射的能力。,计算机虚拟仪器设计,(,基于声卡,),.,仪器,=,便携式工业计算机,+,声卡,+,软件,(,信号,声卡,(,MIC/Line,A/D),应用软件,),.,仪器,=,笔计本电脑,+,软件,.,仪器,=PDA+,软件,轻便、智能,LB-6,孔中弹模仪,探头部分采用,3,个千斤顶推动刚性承压板对钻孔壁岩体施加应力，使用高精度传感器测量不同载荷条件下的应力和径向变形量。,根据实测应力和变形量，应用软件将采集到的数据及时直观的表现出来，同时计算得到岩石弹性模量。,外业工作与测试成果,现场总线和无线传输,CORE,模块,38Kbps,1.5km,45mA3.3V,110,个节点,1Mbps,40m,5Kbps,10Km,新技术,应用研究,人工神经网络工作原理图,首先对已知的典型样本进行反复学习,然后利用学习的结果去识别未知客体,PFWD,原理与测试方法,导杆,质量块,荷载传感器,缓冲垫,刚性圆盘,笔记本电脑,位移传感器,利用沿导杆自由下落重块，通过刚性圆盘对地基或者土石填料施加冲击荷载。,根据荷载应力和基础变形位移，可求解动弹性模量。,PFWD,信号人工智能反演,信号分析与特征值提取,应用人工智能技术，反演地基和堆石坝密度、含水量及压实度，评价质量。,桩基锚杆智能检测,信号检测,特征值提取,人工智能反演,隧道地震超前预报,目前隧道地质超前预报以地震探测方法为主，同时结合工程地质调查、地质雷达探测和高密度电法等。,由于观测条件的限制以及岩体内不同方向的反射及散射，从观测方式和处理方法等方面进行研究，形成了几种不同的技术。,反射地震包括负视速度法、,HSP,、,TSP,、,TRT,方法等，各种方法都有其发展历程和应用条件，需要分析选用，并不断改进。,负视速度法工作原理,该方法的观测是在隧道侧壁打孔布置检波器和炮点，检波器和炮点在一条平行隧道轴的直线上，利用直达波估计岩体波速，利用反射波走时曲线与直达波走时曲线的交点推测前方反射界面的位置。,叠前偏移,散射波,成像研究,桥梁检测与安全评价,随着桥梁高计的新颖和大跨径的方向发展，桥梁的检测试验技术也需要更新发展。,目前，确定现有公路桥梁的实际使用状况和实际承载力显得更为迫切。,借助于现代检测手段的无损检测技术，代表了桥梁检测技术的最新发展方向。,研究内容和技术线路,桥梁结构静载试验、,桥梁结构动载试验,结构损伤整体检测方法,、桥梁安全性评价。,开发低成本的智能检测系统。系统有多路传感器，能够同时对静荷载信号和动荷载信号进行检测。能够应运用无线技术把数据传送到监测中心去。,结论与展望,工程物探在工程质量检测和环境监测等方面发挥着重要作用。是解决许多工程与环境问题的重要手段之一。,测试和解释方法由二维向三维发展。,应用虚拟仪器和人工智能技术，开发研制多功能、轻便智能型仪器。,应用现场总线和无线通讯技术，开发分布式测试系统，满足多种应用需要。,结 束,谢谢!,欢迎交流,http:/,Email:,