CN104216003A - 多道瞬态瑞雷波探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程地质勘察领域，具体而言，涉及一种多道瞬态瑞雷波探测方法，包括：获取由相邻两个测点上的两道检波器采集的两道瞬态瑞雷波之间的到时差τ；其中，在保证两个测点间地基土体性质不变的前提下，将两个测点的间距布置为任意距离；求取测线上所有相邻两个测点的两道瞬态瑞雷波不同频率成分之间的相位差ΔΦ(f)：ΔΦ(f)＝ΔΦ₀(f)+2πfτ；式中，2πfτ定义为道间时差相位；根据求取的相位差，按相位差法求得相应的多道瞬态瑞雷波相速度。本发明通过在不同频率成分瑞雷波相位差的提取中引入2πfτ，摆脱了道间距的羁绊，用两道检波器就可以提取多种频率成分瑞雷波相位差，从而显著提高了瞬态瑞雷波探测的工作效率、横向分辨力及高频分辨力。

Description

多道瞬态瑞雷波探测方法

技术领域

本发明涉及工程地质勘察领域，具体而言，涉及一种多道瞬态瑞雷波探测方法。

背景技术

利用弹性波探测方法了解岩土介质性质、解决工程问题是岩土工程和工程地质勘察的重要手段之一，在工程中发挥了重要的作用。弹性波探测方法的物理基础是岩土介质弹性波传播速度与岩土体力学性质的密切相关性，通过对探测记录数据处理提取介质弹性波速在岩土体内的空间分布，从而了解岩土体力学性质的空间变化，并揭示相关的工程地质问题。

测点布置、波动数据的采集和处理解释是构成弹性波探测方法的基本要素，其中，震相分析是提取地震波动中所蕴含的岩土体信息的核心技术和基本途径。根据具体工程需要，可以利用直达波、反射波、折射波和面波等震相对岩土体进行探测。

瑞雷波(R波)是沿岩土体自由表面或岩土体内的某个界面传播的一种面波，是沿相应界面传播的不均匀平面P波和不均匀平面SV波这两种体波叠加而成的一种次生波，波动能量主要集中在波传播的界面附近，在界面附近引起的质点振动轨迹为界面法线与波传播方向所在平面内的逆进椭圆，椭圆长轴方向与界面法向方向一致。在分层均匀介质或不均匀介质中传播的瑞雷波具有频散特性，即，瑞雷波由一系列不同频率成分的单频波动组成，不同频率成分的波动具有不同的传播速度(相速度)；另外，单频瑞雷波的有效穿透深度(具有足够振动能量的波动影响深度)与波长成正比，即，瑞雷波的高频(短波)成分反映浅部岩土介质性质，低频(长波)成分反映深部岩土介质性质。

瑞雷波的上述特点使得瑞雷波探测方法与其他弹性波探测方法相比更加便捷：只需在地表布置测线，测定不同频率成分的瑞雷波沿测线传播的相速度，并通过瑞雷波有效穿透深度与波长之间的关系，即可建立瑞雷波相速度与对应深度范围的关系，从而达到了解不同深度范围内岩土体特性的目的。

正确提取实测瑞雷波相速度，从而获得实测瑞雷波频散曲线，是利用瑞雷波探测工程介质内部特征的基础。瑞雷波频散曲线的提取方法与瑞雷波现场测试方法直接相关。按照震源激发方式，瑞雷波现场测试方法可分为稳态法和瞬态法两种。稳态法利用特制的激震装置输出一定单频成分的简谐振动，从而在介质中激发出单频简谐瑞雷波。不断改变输出频率，即可得到不同频率所对应的瑞雷波相速度。可见，稳态法提取瑞雷波相速度的方法简单明了，但是现场测试时需要多次改变激震装置的输出频率才能获得同一测段上的频散曲线，现场测试比较费时。瞬态法利用重锤冲击地面，在激发点产生垂向脉冲作用，从而在介质中激发出具有一定频率带宽的混频瑞雷波动。利用频谱分析技术提取各个单频成分的瑞雷波相速度，即可得到瑞雷波的频散曲线。与稳态法相比较，瞬态法提取瑞雷波相速度的分析方法比较复杂，但是现场测试只需重锤一击即可完成，激震装置简单，现场测试工作量远远小于稳态法，比较适合现场工作条件复杂、测试工作量大而现场工期又比较紧的探测工作。

现有多道瞬态瑞雷波探测技术建立在相位差法相速度提取的基础上，采用相位差法提取瑞雷波相速度所依据的基本公式为：

$V_R\left(f\right)=\frac{2\mathrm{\πf\Δx}}{\mathrm{\Δ\Φ}}---\left(1\right)$

式(1)中，V_R(f)为两个测点之间对应频率f的相速度，Δx为两测点之间的距离(即，两道检波器之间的道间距)，ΔΦ(或用ΔΦ(f))为两个测点之间的相位差。

由式(1)可知，作为分母的相位差ΔΦ对相速度V_R(f)的影响比较显著，当两个测点之间的距离大于一个波长时，尤其是在两个测点的间距(道间距)达到数个波长时，就极有可能在相位差测量中引入非常大(可能为2π的整数倍)的误差，从而造成相速度提取的谬误。为了避免这种谬误，现有的瞬态瑞雷波探测技术采用限制道间距的做法，要求测点道间距必须满足下式：

$\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_R}{3}<\mathrm{\&Delta;x}<{\mathrm{\&lambda;}}_R---\left(2\right)$

式(2)中，λ_R为瑞雷波长，Δx为两测点的道间距。

在2004年颁布的《多道瞬态面波勘察技术规程》(JGJ/T143-2004)中甚至做出了更为严格的规定：检波器排列的道间距应小于最小勘探深度所需波长的二分之一。按这种道间距条件要求，一次布置的两个测点，只能提取一种频率成分波动的相速度。根据瑞雷波有效穿透深度的概念，要了解场地某处不同深度上地基岩土体的性质，必须要有不同频率成分(即，不同波长)对应的一系列相速度(频散曲线)才能实现。从而，要完成一个物理点的地基岩土体探测，势必要多次改变两道检波器之间的距离，然而，在瞬态法探测中，一次激发就会产生多种频率成分的波动，对于同一次激发所产生的多种频率成分波动的测量而言，没有机会调整两个测点之间的间距，为此，现有多道瞬态瑞雷波探测技术，在满足瑞雷波相位差测量对道间距要求的基础上，采用小道间距多道检波器排列的测量方式，构成由小到大的一系列道间距组合，这种测量方式虽然做到了同时提取同一次激发所产生的不同频率成分的相位差信息，但需要通过多道检波器排列进行联合测量，探测效率较低；同时，该测量方式只能探测得到检波器排列覆盖范围内的岩土体瑞雷波相速度与不同深度范围的一个平均对应关系，相当于在检波器排列范围内只做了一个钻孔的波速测试，这一测试结果反映的是检波器排列范围内岩土体的平均性质，无法反映检波器排列范围内岩土体性质的横向变化，因此横向分辨力较低。另外，这种多道组合排列的测量方式所能测定的最高频率成分受检波器排列的最小道间距控制，因此所能测量的频率成分的也是有高频上限的，即方法的高频分辨力是有限的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多道瞬态瑞雷波探测方法，以解决上述问题。

在本发明的实施例中提供了一种多道瞬态瑞雷波探测方法，包括：获取由同一测线上相邻两个测点上的两道检波器采集的两道瞬态瑞雷波之间的到时差τ；其中，在保证两个测点间的地基土体性质不变的前提下，将两道检波器的道间距布置为任意距离；

根据下式求取测线上所有相邻两个测点的两道瞬态瑞雷波不同频率成分之间的相位差ΔΦ(f)：

ΔΦ(f)＝ΔΦ₀(f)+2πfτ；

式中，ΔΦ₀(f)为两道瞬态瑞雷波中频率为f的简谐分量波形对应各自采样时窗起始时刻的初始相位之差；2πfτ定义为道间时差相位，具体为两道瑞雷波之间的到时差τ按波动频率f折合的相位；

根据求取的相位差，按相位差法求得相应的多道瞬态瑞雷波相速度。

进一步，获取由相邻两个测点上的两道检波器采集的两道瞬态瑞雷波之间的到时差τ之前还包括：根据工程要求的探测深度和浅层分辨率确定瞬态瑞雷波工作频段；根据场地土层性质的横向变化及地基平面分布形态确定测点间距、测线长度及测线间隔，布置多道瞬态瑞雷波观测***；激发瞬态瑞雷波并记录瞬态瑞雷信号。

进一步，根据求取的相位差按相位差法求得相应的多道瞬态瑞雷波相速度之后，还包括：根据求得的瑞雷波相速度获取瑞雷波相速度—深度曲线；联合同一条测线上的所有瑞雷波相速度—深度曲线形成沿测线的瑞雷波相速度—深度二维成像；联合观测***中所有瑞雷波相速度—深度曲线形成探测场地的地基土体瑞雷波相速度三维成像。

进一步，该方法还包括：在地基土体瑞雷波相速度三维成像的基础上，获取不同深度以上地基土体瑞雷波相速度分布的水平切片。

本发明与现有技术相比，充分考虑了道间时差相位2πfτ对相位差计算结果的影响，通过在不同频率成分瑞雷波相位差的提取中引入2πfτ，摆脱了道间距的羁绊，对任意道间距都可以得到不同频率分量的正确相位差，用两道检波器就可以提取多种频率成分瑞雷波的相位差，完成过去一个排列的多道检波器才能完成的探测任务，从而显著提高了瞬态瑞雷波探测的工作效率。同时，在同一条测线上每一个测点对都可以获得该测点对两个测点之间的场地地基瑞雷波相速度与不同深度范围的对应关系(瑞雷波相速度—深度曲线)，联合测线上所有测点对的测量结果，可以有效地反映测线范围(相当于现有技术的一个检波器排列覆盖的范围)内地基土体性质的横向变化，大大提高了多道瞬态瑞雷波探测的横向分辨力。另外，由于引入2πfτ，摆脱了道间距对频率成分测量的限制，也大大提高了测量的高频分辨力。

附图说明

图1示出了本发明多道瞬态瑞雷波探测方法的流程图；

图2示出了本发明多道瞬态瑞雷波探测方法瞬态瑞雷波相位差的计算示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参照图1所示，图1示出了本发明多道瞬态瑞雷波探测方法的流程图。

考虑到现有提取瑞雷波相速度的相位差法采用限制道间距的做法造成的瞬态瑞雷波探测方法工作效率较低的问题，本实施例提供了一种多道瞬态瑞雷波探测方法，包括：

步骤S101，获取由相邻两个测点(同一测线上相邻两个测点构成测点对)上的两道检波器采集的两道瞬态瑞雷波之间的到时差τ；其中，在保证两个测点间地基土体性质不变的前提下，将两道检波器的道间距(即，测点间距)布置为任意距离。

步骤S103，根据下式求取测线上所有相邻两个测点的两道瞬态瑞雷波不同频率成分之间的相位差ΔΦ(f)：

ΔΦ(f)＝ΔΦ₀(f)+2πfτ    (3)

式(3)中，ΔΦ₀(f)为两道瞬态瑞雷波中频率为f的简谐分量波形对应各自采样时窗起始时刻的初始相位之差；2πfτ定义为道间时差相位，具体为两道瑞雷波之间的到时差τ按波动频率f折合的相位。采样时窗应理解为从第一个采样数据开始到最后一个采样数据期间的时间长度。

步骤S105，根据求取的相位差，按相位差法求得相应的多道瞬态瑞雷波相速度(即，求得测线上所有测点对的两个测点之间的瞬态瑞雷波相速度)。

本实施例提供的多道瞬态瑞雷波探测方法，通过充分考虑道间时差相位2πfτ对相位差计算结果的影响，在不同频率成分瑞雷波相位差的提取中引入2πfτ，一方面，摆脱了道间距的羁绊(可在把握地基土体性质横向变化的前提下尽可能加大测点间距)，对任意道间距都可以得到正确的相位差，用两道检波器就可以提取多种频率成分瑞雷波相位差，完成过去一个排列的多道检波器才能完成的探测任务，从而显著提高了瞬态瑞雷波探测的工作效率。同时，在同一条测线上每一个测点对都可以获得该测点对两个测点之间的场地地基瑞雷波相速度与不同深度范围的对应关系(瑞雷波相速度—深度曲线)，联合测线上所有测点对的测量结果，可以有效地反映测线范围(相当于现有技术的一个检波器排列覆盖的范围)内地基土体性质的横向变化，大大提高了多道瞬态瑞雷波探测的横向分辨力；

另一方面，现有瑞雷波相速度提取方法中，并未引入道间时差相位2πfτ的概念，这或多或少会对相位差计算结果带来一定误差，而且频率越高，误差越大，进而造成高频相速度提取结果不稳定，大大限制了瞬态瑞雷波探测的高频分辨力，同时也削弱了瞬态瑞雷波的探测能力。本实施例引入道间时差相位2πfτ后，使得两个对比道之间不同频率成分瑞雷波相位差的提取摆脱了道间距的羁绊，对任意道间距都可以得到不同频率分量的正确相位差，所以，在能够控制场地土体性质横向变化的前提下尽可能拉开测点间距，可以显著提高两道检波器之间时差测量的相对精度，并且，瑞雷波高频成分的提取不再受道间距的制约，从而也大大提高了瞬态瑞雷波探测方法的高频分辨力。

下面通过具体实施例对本发明做进一步更详细的描述。

本实施例引入道间时差相位2πfτ后，利用两道检波器采集的瞬态瑞雷波就可以获得一条瑞雷波相速度—深度曲线；在一条测线上布置多道检波器，就可以获得按道间距分布的多条瑞雷波相速度—深度曲线；按照一定的测线间距布置多条测线，对场地形成一定密度的测网覆盖，就可以对场地地基土体实时高效率的连续成像探测，从而形成全新意义的多道瞬态瑞雷波探测技术。考虑道间时差相位的多道瞬态瑞雷波探测技术的具体实施方法如下：

1、工作频段的确定

瞬态瑞雷波工作频段主要取决于工程要求的探测深度和浅层分辨率，探测深度决定工作频段的下限(最低频率)，浅层分辨率决定工作频段的上限(最高频率)。

根据波动理论，瑞雷波波长λ_R、相速度V_R和频率f之间的关系为：

f＝V_R/λ_R    (4)

而瑞雷波的有效探测深度H与波长λ_R的关系为：

H＝β·λ_R     (5)

其中，β为与地基土体泊松比有关的系数，见表1。

表1 不同介质中瑞雷波的穿透深度

将式(5)代入式(4)得：

f＝β·V_R/H    (6)

设工程要求对地基土体探测的最大深度为H_max，要求分辨的地基土体最浅深度为H₀，分别代入式(6)即可得到瑞雷波探测工作频段的最低频率f_D和最高频率f_U，即：

f_D＝β·V_R/H_max，f_U＝β·V_R/H₀     (7)

2、观测***的布置

地基土体多道瞬态瑞雷波探测观测***的布置需要确定测点间距、测线长度、测线间隔等几何参数。由于道间时差相位的引入，在确定这些观测***参数时，不必再受与式(2)有关的最小探测深度(最短波长)的限制，主要考虑场地条件的横向变化控制以及与地基平面分布形态的适应即可。在保证两个测点之间地基土体性质不变的前提下，尽可能加大测点间距(必要时可采取变间距测点布置的方式)，这样不仅可以合理控制探测工作量，提高探测工作效率，还可以提高测点间瑞雷波到时差测量的相对精度。在允许的情况下，测线的延伸方向尽可能与地基长轴方向平行，测线间距与测点间距尽量相同或相近，以便地基土体瑞雷波相速度的三维成像处理。

3、瞬态瑞雷波的激发和记录

地基探测瞬态瑞雷波采用具有一定质量的重锤下落方式，在激发点上产生脉冲激振力。瑞雷波激发需要确定的参数主要有两个：一是激发点的位置；二是击发锤的质量。

激发点位置应该在测线的延长线上，激发点与测线上最近一个测点之间的距离(通常称为炮检距或偏移距)应足够远，以便保证在此测点上观测到的时间域波形中瑞雷波相对于横波到时有足够的时间滞后，从而便于在测线上各个测点的记录波形中追踪和提取瞬态瑞雷波震相。偏移距L与记录瑞雷波最大波长λ_max之间的关系为：L＝aλ_max，其中系数a＝0.3～2。

激发锤的质量取决于探测要求的瞬态瑞雷波工作频段。瞬态瑞雷波工作频段的实现主要取决于产生激发脉冲作用的击发锤质量和测点上检波器的固有频率两个方面。击发锤的质量决定了所激发的瞬态瑞雷波能量显著的优势频率范围，激发锤质量越大，所激发的瑞雷波频率越低；检波器的固有频率决定了实际检测到达瑞雷波的频率范围，所检测到的瑞雷波的频率范围总是与检波器的固有频率接近。实际探测中可通过现场试验确定恰当的击发锤质量和检波器固有频率组合，以满足探测瑞雷波工作频段的要求。

另外，根据地基土体的软硬程度选用具有一定刚度的锤垫(譬如，具有一定厚度的钢板，钢板形状以圆形为宜，钢板直径应该与击发锤的直径相匹配，并应适当控制钢板的厚度与直径的比值，以确保垫板具有足够的刚度)置于激发点上，以产生足够强度的脉冲力，充分有效地把脉冲作用能量辐射到地基土体中。

现场瞬态瑞雷波激发时可考虑在同一条测线的两端延长线上各布置一个激发点，甚至可以考虑在测线的中间增加激发点，这样，不同激发点上激发的瑞雷波相互补充，尽可能获得高信噪比的实测瞬态瑞雷波信号记录。每个激发点上的激发次数根据测线上各个测点实际检测到的瑞雷波震相的信号质量确定。

高质量的瑞雷面波记录应该具备以下特点：

1)信噪比高，瑞雷波信号明显，干扰信号微弱；2)面波震相初动清楚，同相轴连续；3)波动频率成分与探测深度范围匹配；4)在同一测点上多次采集波形重复性好。

4、测点对间实测瑞雷波相速度—深度曲线的提取

通过观测***获得瑞雷波震相清晰的现场瞬态瑞雷波实测记录后，即可进行各条测线上各个测点对的两个测点间的瑞雷波相速度—深度曲线(V_R-H)提取(实际上就是测点对瑞雷波相速度的提取)。两个测点之间实测瞬态瑞雷波相速度提取主要包括不同频率成分波动的相位差分析和相速度计算两个步骤。

在进行测点对瑞雷波相速度提取之前，首先应该对各条测线的实测瞬态瑞雷波记录进行评估，选择信噪比较高的记录作为瑞雷波相速度提取的数据源。然后，针对同一测线同一次激发的现场波动记录数据，采用震相分析追踪和τ-p变换等方法消除记录中P波和S波等干扰震相，提取各个测点上的瞬态瑞雷波时程数据，并确定瑞雷波的初至时间和持续时间。根据震相分析结果截取瑞雷波的时间序列数据，同时初步测定两个对比测点之间瑞雷波的初至时差τ。

参照图2示出的本发明多道瞬态瑞雷波探测方法瞬态瑞雷波相位差的计算示意图。

瞬态瑞雷波相位差分析主要包括互相关分析、频谱分析(傅里叶变换)和相位差计算几个步骤。设测线上x₁、x₂两个测点的位移信号分别为w₁(t)和w₂(t)，则两者的互相关函数为：

$r_{21}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{-\&infin;}{\overset{+\&infin;}{\&Integral;}}{w}_1(t+\mathrm{\&tau;})\&CenterDot;w_2\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(8\right)$

移动分析时窗扫描第一道波形，搜索使|r₂₁(τ)|最大的τ值，即为两道波形中瑞雷波的到时差。对式(8)所示的互相关函数做傅里叶变换得：

$\begin{array}{c}{R}_{21}\left(f\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}{r}_{21}\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-i2\mathrm{\&pi;f\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}=W_1\left(f\right)\&CenterDot;W_2^{*}\left(f\right)\\ =\left|W_1\left(f\right)\right|\&CenterDot;\left|W_2\left(f\right)\right|\&CenterDot;e^{i({\mathrm{\&Phi;}}_1\left(f\right)-{\mathrm{\&Phi;}}_2\left(f\right))}\\ =\left|R_{21}\left(f\right)\right|\&CenterDot;e^{i\&CenterDot;\arg R_{21}\left(f\right)}\end{array}---\left(9\right)$

由式(9)可见，互相关函数r₂₁(τ)的傅里叶谱R₂₁(f)中的相位谱arg R₂₁(f)就是两个对比道(x₁、x₂)上瞬态瑞雷波中频率为f的波动成分的相位差：ΔΦ(f)＝Φ₁(f)-Φ₂(f)，该相位差可以进一步写为上述式(3)即：

ΔΦ(f)＝ΔΦ₀(f)+2πfτ

其中，ΔΦ₀(f)＝Φ₀₁(f)-Φ₀₂(f)，为两道瞬态瑞雷波中频率为f的简谐分量波形对应各自采样时窗起始时刻的初始相位差，Φ₀₁(f)、Φ₀₂(f)分别为两道瞬态瑞雷波中频率为f的简谐分量波形对应各自采样时窗起始时刻的初始相位；2πfτ一项是与两道波形到时差τ值(随道间距增加而增加)有关的相位差，可称为道间时差相位(参见图2)，2πfτ在现有瞬态瑞雷波探测技术中并没有明确的认识，相速度分析中并没有考虑这一项对相位差的贡献，因此通过对瞬态瑞雷波波形采样数据的傅里叶分析只能获得初相位差ΔΦ₀(f)，而无法得到道间时差相位2πfτ。本实施例通过傅里叶分解获得两道瞬态瑞雷波的各个单频分量，通过互相关分析获得两道瞬态瑞雷波之间的到时差，最终按式(3)计算两道瞬态瑞雷波之间不同频率成分之间的相位差。

两个测点之间瞬态瑞雷波相速度按式(1)计算。得到瑞雷波相速度后，再按式(5)、式(6)所示关系将瑞雷波相速度V_R与频率f之间的关系(V_R-f)变换为瑞雷波相速度V_R与有效探测深度H之间的关系(V_R-H)，即可得到测点对实测瑞雷波的相速度—深度曲线。

5、场地地基土体瑞雷波相速度三维成像

如前所述，在一条布置了n道检波器的测线上相邻道(测点)两两组合可以得到n-1条瑞雷波相速度—深度(V_R-H)曲线。对场地上布置的所有测线实施同样的分析，即可获得观测***中所有测点对的实测瑞雷波相速度—深度曲线。从而，在满足一定检测密度要求的意义上，所获得的这些瑞雷波相速度—深度曲线就构成了对场地地基岩土体的连续检测。

联合同一条测线上的所有实测瑞雷波相速度—深度曲线即可形成沿测线的瑞雷波相速度—深度二维成像(相速度铅垂切片)。联合观测***中所有实测瑞雷波相速度—深度曲线即可形成探测场地的地基土体瑞雷波相速度三维成像。

在地基土体瑞雷波相速度三维成像的基础上，根据检测需要可以进一步做出不同深度以上地基土体瑞雷波相速度分布的水平切片。

在本实施例中，所谓道间时差相位2πfτ就是同一测线的相邻两个测点间瑞雷波到时差τ按一定的波动频率f折合的相位。这是现有多道瞬态瑞雷波探测技术中没有明确并且在相速度提取中被忽略的概念，忽略道间时差相位是造成现有多道瞬态瑞雷波探测技术工作效率偏低、横向分辨力和高频分辨力不够的根本原因。

道间时差相位2πfτ的提出对于改进和提高多道瞬态瑞雷波测试方法的效率和探测能力具有重要意义。道间时差相位2πfτ的引入，使得两个对比道之间不同频率成分瑞雷波相位差的提取摆脱了道间距的羁绊，对任意道间距都可以得到正确的相位差。只要两个检波器之间地基土体均匀，就可以放心拉开两个检波器之间的距离，而不必再担心因此而造成高频瑞雷波相速度提取发生谬误，从而可以显著提高两道检波器之间瞬态瑞雷波到时差测量的相对精度。

正是由于道间时差相位2πfτ的引入，用两道检波器就可以提取多种频率成分瑞雷波相位差，完成过去一个排列的多道检波器才能完成的探测任务。在一条测线上布置的n道检波器相邻道两两组合可以得到n-1条瑞雷波相速度—深度(V_R—H)曲线，从而真正发挥了多道瞬态瑞雷波探测的优势，大大提高了瞬态瑞雷波的探测工作效率和横向分辨力，为地基加固质量的高效率三维连续检测方法的建立提供了基础。

另外，引入道间时差相位2πfτ，消除了瑞雷波相位差计算的高频阈限，大大提高了瞬态瑞雷波探测方法的高频分辨力。在相位差分析中增加2πfτ，已经使多道瞬态瑞雷波探测方法的探测能力拓展到了超声波探测频段。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多道瞬态瑞雷波探测方法，其特征在于，包括：

获取由相邻两个测点上的两道检波器采集的两道瞬态瑞雷波之间的到时差τ；其中，在保证两个测点间的地基土体性质不变的前提下，将所述两道检波器的道间距布置为任意距离；

根据下式求取测线上所有相邻两个测点的所述两道瞬态瑞雷波不同频率成分之间的相位差ΔΦ(f)：

ΔΦ(f)＝ΔΦ₀(f)+2πfτ；

式中，ΔΦ₀(f)为两道瞬态瑞雷波中频率为f的简谐分量波形对应各自采样时窗起始时刻的初始相位之差；2πfτ定义为道间时差相位，具体为两道瑞雷波之间的到时差τ按波动频率f折合的相位；

根据求取的相位差，按相位差法求得相应的多道瞬态瑞雷波相速度。

2.根据权利要求1所述的多道瞬态瑞雷波探测方法，其特征在于，获取由相邻两个测点上的两道检波器采集的两道瞬态瑞雷波之间的到时差τ之前还包括：

根据工程要求的探测深度和浅层分辨率确定瞬态瑞雷波工作频段；

根据场地土层性质的横向变化及地基平面分布形态确定测点间距、测线长度及测线间隔，布置多道瞬态瑞雷波观测***；

激发瞬态瑞雷波并记录瞬态瑞雷信号。

3.根据权利要求2所述的多道瞬态瑞雷波探测方法，其特征在于，根据求取的相位差按相位差法求得相应的多道瞬态瑞雷波相速度之后，还包括：

根据求得的瑞雷波相速度获取瑞雷波相速度—深度曲线；

联合同一条测线上的所有瑞雷波相速度—深度曲线形成沿测线的瑞雷波相速度—深度二维成像；

联合观测***中所有瑞雷波相速度—深度曲线形成探测场地的地基土体瑞雷波相速度三维成像。

4.根据权利要求3所述的多道瞬态瑞雷波探测方法，其特征在于，还包括：在地基土体瑞雷波相速度三维成像的基础上，获取不同深度以上地基土体瑞雷波相速度分布的水平切片。