表面波SWCT操作说明.ppt

1、表面波采集与分析软件SWCT 操作说明,采集设置（I）,采集设置,Rsm24FD使用道数：24,调整测点位置,触摸屏输数,采集设置（II）,选择设置，即可进入采集设置。采样间隔：（100300）D，D 为道距；采样长度：一般取1K；延迟点数：缺省为-64，可不改动；触发模式：取最靠近振源的通道。通讯接口：可以自动搜索计算机通讯接口；滤波频率：根据实验感兴趣的频率范围而定，一般小于1000Hz。道距：测点之间的距离；偏移距：振源与最靠近振源测点之间距离。24FD通道：取24。剖面描述：描述测量的剖面；测点位置：通过图形来改变测点的位置。在软件开始运行时测点的位置根据道距、偏移距计算，以后均以调整

2、后的位置为准。触摸屏：对一体化仪器，无键盘，选择触摸屏，可通过软件设计的按键输入参数。,测点位置调整（I）,点击图标修改坐标,键盘方式修改坐标,测点位置调整（触摸屏）（II）,点击按钮,测点位置调整（III）,点击图中的传感器小图案，就会弹出输入参数框，输入待调整的距离。一般从最远的测点开始。若是触摸屏方式，就会弹出一组数字按键，点击按键。确认后按“确定”。当输入有误时，通过“C”、“BACK”来清除、修改。,采集、显示（I）,不同剖面频散,文件栏,有关采集参数,采集设置,打开文件夹,叠加选择,半波分析,数据存储,坐标调整,删除当前频散,显示时域曲线,采集、显示（II）,当只有两个测试通道时，

3、就会将相干、相位差、功率谱及相速度波长曲线同时显示。,数据文件显示,数据文件盘,文件夹,文件格式*.rdn,*.dat,显示文件夹文件,部分操作命令（I）,命令按钮：设置(M)：进入采样设置;打开(O)：打开数据存放文件夹,文件在右侧文件框显示,点击文件便可观测分析结果;采样(S):采样,按“ESC”可中断采样;叠加:打勾选择对采集信号进行叠加,以便消除随机干扰 信号,提高信噪比;存储(W):将测试的时域信号存储,数据扩展名为*.rdn;分析(C):对当前所选择的频散曲线进行经验分析。,部分操作命令（II）,波长、相速度：调整波长、相速度值可改变频散曲线显示范围。点击“波长”、“相速度”标题可

4、以确认。固定显示：表示在采集或读取文件时，频散曲线显示范围固定不便；删除：点击某剖面频散，该剖面频散曲线为当前频散，可将其删除或对其进行分析。测试曲线：当有多个测点时，会有多条频散曲线，勾中测试曲线，可显示时域测试曲线。图片存储：将测试曲线或频散阵列存成*.bmp文件,*.bmp文件较大,可通过其它软件将其转换成较小*.jpg文件。勾中测试曲线，在存储的文件名后加“_wave”,否则文件名后加”_dis”。如输入文件名“SASW”,则测试曲线文件名为“Sasw_wave.bmp”;频散阵列为”Sasw_dis.bmp”,信号处理(I),通道图案,可以对信号进行放大、缩小、删除、还原、着色等处理

5、，点击通道图案，取之为当前信号，删除：删除当前信号,信号处理(II),根据面波走时及面波能量集中区域，构筑截取面波窗口，来消除干扰信号。然后进入频散阵列，就可得到截取后的频散。,按鼠标右键拖动，构筑截取窗口,经验分析（I）,频散点加密、删除,深度/波长比例关系,显示鼠标位置对应的波长、相速度,取消当前剖面,经验分析（II）,剖面:选择剖面,就可用半波分析方法对频散数据进行分析,在频散曲线上选择特征点,按下鼠标右键,这时就会在右侧出现柱状埋深及相应的剪切波速图。加密点：当某些波长范围频散点稀疏时，可用鼠标点击，即可添加新的频散点；删除点：当某些波长范围部分频散点异常时，可用鼠标点击相应的频散点，

6、即可删除频散点；深度/波长：经验分析时，常取深度/波长=0.5,即,半波分析,但实际未必合适,深度/波长可取0.52/3。通过深度/波长比可调整计算深度；剖面取消：取消剖面，重新进行分析。,SWCT操作介绍,读取数据文件,读取数据文件；显示文件记录的有关参数，如：偏移距、测点距离，等。这些参数可以修改。,数据曲线,将数据曲线用列阵形式显示,数据处理结果,依据记录信号条数，对信号作互谱分析或fk域分析。一般来说后者的精度要高于前者，但其要求的数据较多。,数据选择及干扰切除,选择作互谱分析（SASW）信号，同时可对信号平均,切除窗和能量窗,信号间互谱分析,对选中的信号作互谱分析：相干曲线；相位差；

7、功率谱,频散曲线构筑,自动或人工方法展开折叠相位获取频散曲线,频散曲线校正或光滑,对频散曲线校正或光滑、显示波长相速度、频率相速度及将当前得到的频散添加至频散列。,频散曲线剖面分析,用近似分析或正、反演分析得到各条频散曲线剪切波速剖面。,添加、删除频散数据或改变频散数据在频散列中位置。,色彩设置,自动或人工设置剖面颜色，以便使分析结果达到最佳显示效果。,深度剪切波速剖面,在通过近似分析或正、反演分析得到各条频散数据的剪切波速剖面后，可以将速度剖面用色彩表示。,波长相速度剖面,由测线上不同位置的波长相速度数据,得到波长相速度色彩剖面。,频率相速度剖面,由测线上不同位置的频率相速度数据,得到频率相

8、速度色彩剖面。,Fk分析处理,Fk分析可以得到能量谱的等值线，能量最大值的等值线与频散曲线对应，在图的左右两半部移动鼠标可以看出其对应关系。,单条频散数据分析,通过近似分析或正、反演分析得到剪切波速剖面柱状图也可用色彩表示其速度柱状图。,瑞利波基本特性,瑞利波是一种表面波，在半无限体中，它的能量主要集中于1/2波长范围内，在点源作用下，瑞利波的能量占整个表面波场能量约2/3，P波占7%，SV波占26%。表面波随深度逐渐衰减，质点是以椭圆形逆时针运动，即水平运动滞后于竖向运动。,半无限体瑞利波质点轨迹及沿深度振幅变化,半无限体瑞利波质点轨迹及 沿深度振幅变化动态模拟图,半无限体中P、SV、R波波

9、阵面振幅变化,表面测点水平、竖向位移,瑞利波影响深度与波长间关系,瑞利波影响深度基本上是一个波长，波长越大（或频率越低）影响深度越大。,测点振源布置,瞬态瑞利波测试主要是利用两测点互相关分析,由两测点互相关分析得到两测点间相位差,由相位差可得到在两测点各频率瑞利波的走时差；由道距D就可计算出相速度，的单位是度。为了保证瑞利波能充分形成，要求道距等于偏移距。道距是指两测点之间的距离，偏移距是指振源距最近测点的距离。由于瑞利波测试是利用测点之间的时差，因此，振源测点必须在一条直线上。,互谱分析测试布置,震源、测点布置图，一般取近震源测点与震源距离与测点间距相等。,现场测试图(一),现场测试图(二)

10、,道距及偏移距,共中心线,数据筛选准则,振源,小道距、小偏移距要求高频激振；大道距、大偏移距要求低频激振，其原理与低应变完整性检测非常相似：桩体浅部完整性检测用高频激振；桩体深部完整性检测采用低频激振。激振频率与激振锤重量、与土体的接触面积以及接触面刚度有关，锤重越大,接触面越大,接触面刚度越小,激振频率越低。手锤、大锤（8磅以上）、强夯落锤均可作为激振工具。接触面刚度可以通过锤垫来改变，采用胶木、橡皮垫可降低激振频率，而钢块垫可提高激振频率。由于垫块面积大小会影响瑞利波、P、SV波能量分配比例，垫块面积越大，波场中瑞利波能量分配比例越低，因此，垫块面积不宜太大。,激振设备,组合锤,锤垫,传感

11、器,瞬态瑞利波频率成份很丰富，浅层测试以高频成份为主，深层测试以低频为主。这就要求传感器有很宽的频带。测试时，可采用不同类型的传感器。高频测试采用高频响应传感器，如加速度计，高速公路路面测试就需这种传感器，由于道距较小，瑞利波能量较强，传感器的灵敏度不需很高。低频测试要求低频响应好的速度计，由于低频测试道距、偏移距较大，瑞利波衰减明显，要求传感器的灵敏度较高（如重庆地质仪器厂生产的CDJ-Z2.5 2.5赫兹垂直检波器）。由于瑞利波测试是对两信号作相位差分析，要求测试传感器频响基本一致，在测试之前，可将两传感器放在一处，在其附近敲击，观察其响应一致性程度。,传感器安装及连线,CDJ-Z2.5速

12、度计,传感器与电缆连接,多测点采样,为了提高检测效率，测试可以布置2个以上的测点，RSM-24FD仪器最多测点数可以达到4个。分析时仍采用互相关分析，即只对两测点数据进行分析。分析数据可以是任二个测试数据的组合，假设有几个测点，则二测点有种组合，当n=3时，有3种可能组合，n=4时，有6种可能组合。不同组合对应的是不同剖面频散数据。若是基于水平均质分层，这些频散数据是可以迭加的。若场地分层走向不是水平而是倾斜或分层走向无规律，频散数据不能迭加。两点测试方法所采用的振源、测点布点原则不再适用多点测试。,多点测试法不同测点组合分析,检测信号质量,检测信号的质量高低可通过两信号的相干值来反映，相干值

13、越大，表示两信号的相干程度越高，最大的相干值是1，相干值用来描述两测点某一频率成份来自同一振源的程度。相干值小于0.9的点一般应丢弃。,测试信号、相干、相位差、功率谱,频散点的筛选,考虑到高频瑞利波衰减以及形成较稳定低频瑞利波所需的传播距离（指振源至近测点，也即偏移距）。由相位差计算所得的频散点仍需筛选，目前尚未有公认为频散点筛选准则。一般认为0.5D3D。该筛选的定义是明显的，即波长小于0.5D的瑞利波由于衰减强烈，能量很小，而波长大于3D的瑞利波，尚没有完全形成。,数据叠加光滑,由于每一道距只能得到相应区域的有效频散点，要得到剖面的最终频散数据，需把各道距得到的频散数据进行叠加、光滑，得到

14、一个频率区域较大的频散数据。（注意叠加时，必须是同一剖面的数据）,不同道距正、反剖面频散数据叠加,不同道距频散点经筛选后叠加,信号平均叠加，正、反方向敲击,为了消除干扰信号，在同一锤击点，锤击数次，然后将信号迭加，这样做可消除随机干扰信号；为了消除分层倾斜变化造成的影响，可在测试线正、反两方向进行锤击。将正、反两方向得到的频散数据进行迭加。,采样长度、采样间隔,根据采样定理，脉冲信号的最大频率成份fmax应小于奈斯特频率f/2，为采样点时间间隔，在浅层测试中，由于脉冲高频成份多，要求较小，在深层测试中脉冲低频成份是主要的，可以增大。瞬态瑞利波分析是个谱分析过程，根据傅里叶原理，频率的分辨率，N

15、为记录的数据点数量，增加采样点数量及时间间隔，可以提高频率分辨率。由可知受频率分辨率影响，低频域频散点M较少，高频域频散点数相对较多。提高频率分辨率有利于增加低频区域的频散点数。,频散点沿波长分布密度,高频域频散点密集,高频域频散点稀疏,信号分析窗口的选择,在对测点信号进行谱分析时，希望信号中P波、SV波以及其它干扰信号成分最小，若不考虑分层界面反射的P波、SV波，则信号中P波、SV波主要是沿表面传播的直达波，干扰信号主要来自于后期的记录信号，通过对信号的截取，可提高信号中瑞利波成份，削弱P、SV波及干扰信号的影响。,有效的分析信号的提取,提取有效的瑞利波信号,勘探深度,要增加勘探深度，就要求

16、激发的瑞利波波长较长，穿透深，由可知波长不仅与频率有关，而且还与该频率处相速度有关。频率越小，相速度越大，激发的瑞利波穿透就越深。相速度与场地分层刚度剖面有关，分层剪切波越高，瑞利波相速度就越大，相应瑞利波穿透就越深。,波长与勘探深度,相速度频率曲线与场地参数关系,影响相速度频率的场地参数主要有分层剪切波速、分层厚度、纵波速、密度，纵波速、密度对相速度频率的影响较小，主要影响参数是分层剪切波速、分层厚度。,相速度频率曲线分析方法,相速度频率曲线分析方法主要有半波（1/3波长）分析方法、反演分析方法。对分层刚度逐渐增加的场地，基阶振型瑞利波影响是主要的。在此情况下可近似采用半波（1/3波长）分析

17、，该方法认为瑞利波能量主要集中在1/2（或1/3）波长范围内（这对基阶振型来说是满足的），瑞利波相速度是半波（1/3波）内各层的剪切波速与厚度的加权平均。反演分析是基于水平分层、介质均匀假设，由传递矩阵或刚度矩阵方法计算理论频散点，当实测值与计算值达到最佳匹配时，剖面参数就是所求的参数。和其它岩土反分析方法一样，该方法也存在多解性。,场地非均匀的影响,瑞利波分析是基于水平分层、介质均匀的假设，随着测点间距增加，场地不均匀程度会增加。各道距的频散点经叠加、光滑后所得到的最终频散曲线，一般认为与测点中心剖面相对应，当不均匀程度增加，得到的频散数据就没有代表性，最多只能是两测点间的平均情况。当场地分

18、层变化较大时，应控制测点间距。,测试要求,（1）振源、测点要在一条直线上（2）除去场地浮土、松弱层，直至露出新鲜土层。将传感器牢牢地插入土中，激振点下垫层应与土面接触牢固，激振锤可采用锤头材料不同力棒（如铜头、尼龙头等）（3）采样时间可取（100300）D（s），D为道距.,瑞利波在工程物探中的应用,工程地质勘察 地基加固处理效果评价 岩石的物理力学参数原位测试 地下空洞及异常体探测 公路、机场跑道质量无损检测 饱和砂土层的液化判别其它方面,工程地质勘察,利用实测的瑞利波频散曲线，通过定量解释，可以得到各地质层的厚度及弹性波的传播速度，传播速度的大小直接反映了地层的“软”“硬”程度。因此，可以

19、对第四系地层进行划分，确定地基的持力层，地层中存在低速度带反映了地下赋存有软弱夹层，这类地层对建筑物易造成危害。瑞利波勘探可方便地划分出该软弱层的埋深及范围。,地基加固处理效果评价,软地基的加固处理，就是通过不同的方法，如强夯、挤密置换、化学处理等，使软地基变“硬”。瑞利波法评价加固效果，是通过实测地基加固前后的波速差异，得到处理后的地基较处理前地体的物理力学性质的改善程度，同时可方便地对处理后场地在水平方向的均匀性做出评价，以及确定加固所影响的深度和范围。,岩石的物理力学参数原位测试,波速的大小与介质的物理力学参数，如密度、剪切模量、压缩模量、泊松比密切。因此，通过对实测资料的反演拟合解释，

20、可以得到岩、土层的横波速度、纵波速度、密度等参数，进而计算出它的参数。,地下空洞及掩埋物探测,地下空洞、溶洞、矿区废弃矿井以及各种地下掩埋物，有时需要准确地探测其在地下的赋存位置。用瑞利波进行勘查时，当瑞利波的勘探深度与这些物体的深度相当时，频散曲线就会出现异常跳跃。据此可以确定其埋深及范围。,地下目的物测试点布置,地下目的物对瑞利波传播的影响,共中心测试,相对反射的体波,反射瑞利波的能量较大,但其在整个入射、反射、透射的波场中，仍然难以识别。,共中心测试,振源、测点与地下异常体不在一条测线时，反射瑞利波走时随测点、振源间距的变化波阵图（激振中心不变）,共中心测试,振源、测点与地下异常体在一条

21、测线时，反射瑞利波走时随测点、振源间距的变化波阵图（激振中心不变）,共中心测试,共中心测试:该方法是以激振点为中心,在其两侧对称布置测点,然后以其中的一侧响应为参考基,另一侧相对变化的波形阵列,由反射波的走时及幅值变化来判断掩埋物的方位.,共中心测试方案,选择一定数量幅频及相频特性一致传感器，在预估的地下异常体、振源测线布置一组测点，测点以振源为中心，对称布置，两侧的道距相等；用RSM24FD作测量设备时，可采用两道或四道测量，保持振源中心位置不变，不断增加测距，将不同测距下叠加波形排列得到波阵列。RSM12道面波仪，可一次布置12个测点，得到六个波形阵列，测试效率会大幅提高。,共中心测试方案

22、（续）,由测试信号阵列瑞利波特征点(波峰、谷)传播距离与时间估算瑞利波平均速度；振源一侧与另一侧信号相减，得到反射波响应阵列；不断改变激振落锤重量及锤垫材料、接触面积，改变激发波各频率成份的能量，直至得到较为明显的反射信号；由反射波列传播路径及传播时间计算平均传播速度，若反射波列传播路径呈弧形变化，这表明异常体不在测线上，阵列反射瑞利波弧形最小时间与异常体与测线的垂直方向对应，根据式（13）由时间及步骤（2）确定的波速，预估位置。平均速度接近入射瑞利波平均波速的反射波列就是反射瑞利波，这表明异常体在测线上，时间减小方向对应于异常体，时间及步骤（2）确定的波速，预估位置。,震源移动单测点固定模拟

23、多点测试,将每次测试的信号排列起来可以得到一组信号，然后作互谱分析或fk分析。优点就是可以忽略传感器的相频特性、幅频特性及多测点传感器安装导致传感器特性变化。,单测点移动震源固定模拟多点测试,将每次测试的信号排列起来可以得到一组信号，然后作互谱分析或fk分析。优点就是可以忽略传感器的相频特性、幅频特性及震源影响，但测点移动，传感器安装会导致传感器特性一些变化。,地下洞穴检测,功率随测线的变化,对均匀介质测线上各点响应幅值及频率成份只受几何及材料阻尼衰减影响，但当测线下方有异质体时，异质体对该处上方测点响应的幅值及频率成份有较大影响，通过功率谱随测线的变化有助于对异质体存在范围及深度进行分析。,

24、功率随测线的变化（续）,根据十个测点的响应曲线得到相速度随波长变化,功率随测线的变化（续）,功率随频率及测点位置变化色彩图，由此可以看出能量传播频率范围及沿测线的变化,功率随测线的变化（续）,根据前面波长相速度数据（或根据数据给出平均相速度）可以得到功率随波长及测点位置变化色彩图，由此可以看出能量传播波长范围及沿测线的变化,公路、机场跑道质量无损检测,利用人工激发的数十一数千赫兹的高频瑞利波，可以分别测出路面、路基的波速，进而计算出路面的抗折、抗压强度及路基的载荷能力，以及各结构层的厚度。该方法用于机场跑道和高等级公路的另一项意义是可实现质量随年代变化的连续监控。,公路路面厚度检测,饱和砂土层

25、的液化判别,当较松散的饱和砂土层受到振动时就会被振实，体积减小。如果不排水，孔隙水压力就会增高。在连续振动条件下，砂土层内的孔隙水压力增高到了某个时候，孔隙水压力就会等于上覆土压力，在这种情况下，砂土层就不再具有抗剪强度，而处于液化状态。可见，饱和砂土层在振动作用下液化与否，与砂土层的密实度有关，越松散越易发生液化；反之，则不易液化。反映在波速上，波速越低越易液化；反之，不易液化。根据一定场地内的饱和砂土层的埋深，地下水位的深浅等地质条件，可以计算出该饱和砂土层的液化临界波速值。实测波速大于该临界值，则为非液化层，小于该临界值则为液化层。,其它方面,瑞利波勘探用于工程地质，解决的问题是多方面的，除以上六个方面的应用外，还可有效地用于基岩的完整性评价，场地土类型、类别划分，滑坡调查，堤坝危险预测，桩基入土深度探测等等。,