瞬态瑞雷面波法在沪昆高铁云贵段岩溶路基检测中的应用

瞬态瑞雷面波法在沪昆高铁云贵段岩溶路基检测中的应用

韩丽娜

(四川省兴冶岩土工程检测责任有限公司，成都 610000)

摘要:将瞬态瑞雷面波法应用于沪昆高铁云贵段岩溶路基检测，选取典型位置，通过钻探建立准确的地层模型，瞬态瑞雷面波法触探校核确定基本参数，再应用于岩溶空洞检测，结果表明，瞬态瑞雷面波法应用于岩溶空洞检测具有一定的准确度，但会受到覆盖层厚度、岩层厚度、岩层倾角和基覆界面等的影响，应结合钻探综合判识。

关键字:瞬态瑞雷面波法；注浆检测；岩溶；沪昆高铁

中图分类号：TU19                 【文献标识码】:A

0 引言

沪昆客专是西南地区出海的大通道，西起昆明，东到上海，全长1138km。沿线灰岩分布广泛，其长度累计约309km，占43.6%。多个地层具有碳酸岩类岩石，灰岩、白云岩、灰质砾岩地层岩溶强烈发育，地表溶蚀明显，溶缝、溶槽、石芽、岩溶洼地与漏斗、竖向溶洞、落水洞、岩溶泉等岩溶形态极为发育。其中云贵段岩溶发育，有大量的岩溶路基段，易引发岩溶塌陷，需要开展大量的岩溶路基注浆处理，并采用瞬态瑞雷面波法开展注浆效果检测。

1 瞬态瑞雷面波法简介

1.1基本假定

同一波长的瑞雷波的传播特征反映了在水平方向的地质变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特征反映了不同深度的地质情况，主要基于瑞雷波传播以下几个特征：

(1) 在均匀介质中，传播速度与频率无关；

(2) 瑞雷波在层状介质中传播具有频散特征，即不同频率的瑞雷波的传播速度不同；

(3) 瑞雷波的传播深度与波长相关；

(4) 瑞雷波的传播速度与岩土体的物理力学性质具有相关性。

1.2测试原理

在地面上沿着波的传播方向，以一定的道间距∆x设置N+1个检波器，就可以检测到在N∆x的长度范围内，瑞雷波的传播过程，设瑞雷波的频率为fi，相邻两个检波器记录的瑞雷波时间差为∆t或相位差∆φ，可以计算得到相邻道∆x长度范围内的传播速度：

 （1）

进而得到测量范围N∆x内平均波速为：

         （2）

在同一地段可以测量出一系列的VR值，可以得到一条VR—f曲线，即频散曲线。

2 典型工点分析

瞬态瑞雷面波法已经广泛应用于岩溶路基注浆检测效果评价中，但是大多数评价都是定性或半定量评价，不能直观评价岩溶路基注浆效果。对此，铁四院通过有效数据的选取，并运用回归得到岩溶路基注浆评判标准。该标准被纳入《铁路特殊路基设计规范（TB10035-2006）》[5]条文说明中。该标准提出，若当各层层面波速满足一下标准：土Vs = 29.273H + 100；岩石Vs = 23.998H + 360（H<10m），Vs = 23.998H + 290（H≥10m）则可认为层位正常；若不满足，则需要结合定性结论综合判识。

2.1工点1

本工点位于D1K1012+750左中线。瞬态面波法检测得到的频散曲线见图3。从图中可以看出，在0m~5.73m深度范围内，波速为508.6m/s~656.7.6m/s明显高于土体波速，根据现场观察，为基岩波速，表面无土体覆盖层。随着深度的增加，该点波速随之增大，在5.73m~8.73m深度范围内，波速为877.2m/s，高于理论波速，说明该深度范围内岩体较为完整，到深度在8.73m~25m的范围内，波速以达到1330.4~2894.2m/s，推测为完整基岩。

验证钻孔见图4，钻孔岩芯呈柱状，破碎中含明显水泥浆结块，说明该点注浆效果明显，岩芯较完整。检测结果与钻孔揭露吻合。

图1 工点1频散曲线     图2 工点1钻孔照片

2.2工点2

本工点位于D1K1012+510左中线,。瞬态面波法检测得到的频散曲线见图5。从图中可以看出，该点在地表附近频散点连续性较差，有“之”字形拐点，在深度0m~5.51m范围内，波速为253.2m/s~286.56m/s，通过现场观察，该点无覆盖层，但检测波速偏低，推测为表面基岩由于风化作用较为破碎，随着深度的增加，岩石波速明显提高，在5.51m~14.21m深度范围内，波速为540.3~655 m/s，该段岩石波速低于理论波速值，推断该短岩石破碎，裂隙发育，经注浆后为能有效填充裂隙，导致波速偏低。当深度在14.21m~25m范围内，波速到1378.4m/s，推测为完整基岩。

验证钻孔见图6。该钻孔在地表处基岩较为破碎，可见水泥浆结块，说明该点的岩溶注浆效果不明显，未能使破碎岩块很好胶结。当深度大于8.5m，钻孔岩芯为呈柱状灰岩，岩芯较完整。通过对比分析瑞雷面波检测频散曲线图，该点在深度达到14m时才为完整灰岩，与钻孔取芯结果存在一定偏差。

图3 工点2频散曲线     图4 工点2钻孔照片

2.3工点3

本工点位于D1K1148+440右中线。瞬态面波法检测得到的频散曲线见图7。从图中可以看出，0m~5.76m深度范围内速度较高，约为449.9m~ 770.7m/s

，根据现场观察，推断为密实度很高的岩体覆盖层。5.76m~7.68m深度范围内波速约为733.2m/s，速度有少许降低，推测为土石过渡段，为基岩面附近岩体裂隙发育，岩体破碎。7.68m~24m深度范围内，波速较为稳定约为1546.2m/s，推测为完整基岩。

验证钻孔见图8，该钻孔深度0~8.2m范围内为基岩覆盖层，8.2m~15m深度范围内为块状灰岩，局部可见水泥结石体。通过对比分析运用瞬态瑞雷面波检测岩溶路基注浆效果较为合理。

图5 工点3频散曲线     图6 工点3钻孔照片

2.4工点4

本工点位于D1K1148+540左中线，瞬态面波法检测得到的频散曲线见图4。0~7.3m深度范围内速度约为227.0~394.2m/s，根据现场观察，为覆盖层土体速度。7.3~14.23m深度范围内，速度约为1058.2m/s，推断此深度已经位于基岩。14.23~24m深度范围内速度约为2141.4m/s，推测为完整基岩。

图10为该点的钻孔取芯照片。如图所示，该钻孔在0~8.5m为土体覆盖层，8.5~24m为块状灰岩，岩芯较为完整，局部可见水泥结石体。通过对比分析瑞雷面波检测频散曲线图，得到运用瞬态瑞雷面波法检测岩溶路基注浆效果时，土石分界面存在约1.2m的误差。

图7 工点4频散曲线     图8工点4钻孔照片

2.5工点5

本工点位于D1K1150+490左中线，瞬态面波法检测得到的频散曲线见图11。从图中可以看出，该点无明显“之”型拐点，土石界面具有较好的胶结程度，无明显过度。0m~6.5m深度范围内速度约为294.3m/s~392.7m/s，根据现场观察，推测为覆盖层土体速度。6.51m~9.44m深度范围内速度约为520.6m/s，经注浆处理后土石界面已经不明显，作为土体速度偏高而岩体偏高，低于评判标准速度，推测为基岩面附近岩体裂隙发育，岩体破碎。9.44m~24m深度范围内约为1095.9m/s~ 2174.1m/s，推测为完整基岩。

验证钻孔见图12，该钻孔在0m~7.6m深度为土层，7.6m~19m深度为柱状灰岩，少量呈块状，可见水泥结石体，注浆效果较好。将频散曲线图与钻孔照片对比分析，采用瞬态瑞雷面波法检测结果与钻孔基本吻合。

图9 工点5频散曲线    图10 工点5钻孔照片

3结论

通过对新建沪昆铁路贵州段和云南段瞬态瑞雷面波法检测的应用情况进行总结，结果表明：

（1）瞬态瑞雷面波法具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，能够较好的检测岩溶路基注浆效果，满足沪昆高铁云贵段岩溶路基检测基本要求。

（2）受特殊地质条件，如覆盖层厚度、岩层倾角及基覆界面形态等多因素影响，瞬态瑞雷面波法检测结果存在一定异常或错误，需要结合相应的钻孔验证。

参 考 文 献

[1] 李春花. 基于ANSYS的瞬态瑞雷面波法地下空洞探测探测参数分析[D]. 西南交通大学硕士论文. 2011年10月

[2] 张立. 层状介质中瑞利面波波场特征分析和反演方法研究[D]. 西南交通大学博士学位论文. 2009年7月

[3] 郑立宁，谢强，任新红，冯治国，赵文. 岩溶路基注浆质量瞬态瑞雷面波法检测数值模拟[J]. 西南交通大学学报. 2011, 46(5): 739-746

[4] 叶唐进. 瞬态瑞雷面波法ANSYS数值模拟中的参数研究[D]. 西南交通大学硕士学位论文. 2012年10月

[5]  铁道部. 《铁路特殊路基设计规范（TB10035-200 6）》，2006

作者简介：韩丽娜（1989—），女，山西省天镇县，硕士研究生，工程师，研究方向为地基基础检测、建筑材料类检测。