一种道路水土流失共振勘探方法技术

本发明专利技术公开了一种道路水土流失共振勘探方法，用路面应力响应的二维谱研究了路基水土流失时，路面接收的阵列波形响应特征

【技术实现步骤摘要】
一种道路水土流失共振勘探方法


[0001]本专利技术属于道路地质勘探
，更具体的说，是涉及一种道路水土流失共振勘探方法
。

技术介绍

[0002]用声波方法探测道路路基具有重要意义
。
因为声波在路面
、
路基中传播
、
遇到水土流失或者土被水取代以后，声波在液体中上下反射形成共振，对路面和路基中传播的声波具有明显的影响
。
在路面上直接测量阵列声波波形，从中处理出频散曲线和频谱分布，能够将路面下面的水层有效地区分出来
。
形成新的声波路基检测方法
。
这些路面测量波形的特征与连续的面波和反射波完全不同
。
只在某个频率处幅度大，其它频率处幅度小，具有共振特征
。
[0003]路基的水土流失后路面发生塌陷，会造成生命财产损失
。
不破坏路面，在路表面对路基进行无损非接触探测可以及时发现隐患
。
声波方法比常用的钻孔取样效率高，不破坏路面，比探地雷达检测法的探测深度深，接收的路基信息多
。
[0004]不同于以往的反射波勘探和面波勘探方法
。
路面通常是高速介质，而且很薄，不满足几何声学的条件，路基是低速介质，声波在路面介质中多次反射形成模式波，在路面接收到的声波速度既随介质参数变化，也随路基和路面的几何参数变化
。
声波在液体中上
、
下多次反射以后还形成固有频率，出现共振波影响路面接收波形频谱分布
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出了一种道路水土流失共振勘探方法，利用路面处应力二维谱中模式波的响应特征以及阵列接收波形中的差异特征对道路的水土流失情况进行勘探
。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的
。
[0007]本专利技术道路水土流失共振勘探方法，利用道路路面响应中频率
‑
波数域应力二维谱中的模式波分布特征随路基水土流失程度的变化规律进行道路勘探；包括以下过程：
[0008]S1
：在道路表面沿直线排列阵列接收探头，利用人工锤击作为声源，发出声波信号，声波向下在路面
、
路基或水层
、
路基下方的土层中传播，声波在相邻两种介质的交界面处发生反射，阵列接收探头接收反射的声波波形，得到阵列接收波形；
[0009]S2
：通过
prony
法对阵列接收波形进行拟合，再通过相位法获取路面模式波的波数
‑
频率分布曲线；
[0010]S3
：利用实轴积分法，获得道路路面不同路基结构时的应力二维谱；研究分析应力二维谱中的模式波的分布特征，作为波数
‑
频率分布曲线解释图版；对应力二维谱的频率域及波数域分别进行傅里叶反变换，反推出时域波形图，作为阵列接收波形解释标准图版；
[0011]S4
：将
S1
得到的阵列接收波形与阵列接收波形解释标准图版进行比较，将
S2
得到的波数
‑
频率分布曲线与波数
‑
频率分布曲线解释图版进行比较，完成对道路水土流失程度
的勘探任务；具体包括以下几种情形：
[0012]情形1：道路结构完好，没有发生水土流失时，波数
‑
频率分布曲线解释图版中只有以路面横波速度
、
路面纵波速度以及路面上方液体层纵波速度传播的声波存在；在阵列接收波形解释标准图版中表现为以固体层横波速度
、
固体层纵波速度以及路面上方液体层纵波速度传播的3条直线；
[0013]情形2：道路结构破损，路基发生水土流失，路基被水层替代，波数
‑
频率分布曲线解释图版中除了以情形1中三种速度传播的声波信号之后，还会出现被周期性截断的应力模式波存在，随着水层厚度的增加，所截断的频率间距和波数间距逐渐减小，模式波在截断处上
、
下分布
、
差异明显，便可根据截断的频率间距对水层的厚度进行推算；而对于阵列接收波形解释标准图版中，根据水层厚度和几何声学的传播时间延迟，出现了多个反射波，它们满足几何声学的传播路径
。
[0014]步骤
S1
中阵列接收探头中各接收探头等间距排列，所述阵列接收探头中各接收探头的频率特征一致，综合灵敏度一致；所述声源与阵列接收探头沿同一条直线排列，所述阵列接收探头与路面用水耦合
。
[0015]步骤
S4
中应力模式波：路面以下的土层被水代替以后，进入到水中的声波上
、
下反射，多次叠加以后形成的共振模式；声波在水层中反射形成固有频率，激发共振模式；震源激发的这些固有频率的能量全部穿过水层透射进入路基，路面固体与水的界面反射波中缺失这些频率成分，导致路面响应的应力二维谱中，连续的模式波和面波分布被液体的固有频率周期性地截断，形成幅度相对集中的离散模式波分布；这种频谱分布独特的应力模式波波形具有鲜明的特点：路面响应波形的幅度和分布随水层厚度改变较大，流体波后面出现震荡周期比较多的共振波形；当水层厚度达到1米以后，水层固有频率及其频率间距减小，路面模式波的整体特征逐渐明显，接收波形中出现明显的液体反射波；从共振波形过渡到反射波，这个差异用于指示路基严重的水土流失
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0017](1)
本专利技术勘探范围广，分辨率高
。
现有方法如探地雷达法，其探测范围浅；而面波法勘探范围深，但浅层分辨率较低
。
[0018](2)
本专利技术操作简便，数据处理方法简单，工作效率高
。
附图说明
[0019]图1是土层路基模型图；
[0020]图2是路基完好，路面和路基为同一介质时的应力二维谱和阵列接收波形；
[0021]图3是有水土流失导致路面与路基剪切应力不连续时路面模式波响应的应力二维谱；
[0022]图4是模拟不同的路基水土流失情况
(
水层厚度不同
)
下的应力二维谱；
[0023]图5是水层厚度为
0.1m
时的附源函数应力二维谱及时域波形图；
[0024]图6是水层厚度为
0.5m
时的附源函数应力二维谱及时域波形图；
[0025]图7是水层厚度为
1m
时的附源函数应力二维谱及时域波形图
。
具体实施方式
[0026]如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件
。
本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件
。
本说明书及权利要求并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种道路水土流失共振勘探方法，其特征在于，利用道路路面响应中频率
‑
波数域应力二维谱中的模式波分布特征随路基水土流失程度的变化规律进行道路勘探；包括以下过程：
S1
：在道路表面沿直线排列阵列接收探头，利用人工锤击作为声源，发出声波信号，声波向下在路面
、
路基或水层
、
路基下方的土层中传播，声波在相邻两种介质的交界面处发生反射，阵列接收探头接收反射的声波波形，得到阵列接收波形；
S2
：通过
prony
法对阵列接收波形进行拟合，再通过相位法获取路面模式波的波数
‑
频率分布曲线；
S3
：利用实轴积分法，获得道路路面不同路基结构时的应力二维谱；研究分析应力二维谱中的模式波的分布特征，作为波数
‑
频率分布曲线解释图版；对应力二维谱的频率域及波数域分别进行傅里叶反变换，反推出时域波形图，作为阵列接收波形解释标准图版；
S4
：将
S1
得到的阵列接收波形与阵列接收波形解释标准图版进行比较，将
S2
得到的波数
‑
频率分布曲线与波数
‑
频率分布曲线解释图版进行比较，完成对道路水土流失程度的勘探任务；具体包括以下几种情形：情形1：道路结构完好，没有发生水土流失时，波数
‑
频率分布曲线解释图版中只有以路面横波速度
、
路面纵波速度以及路面上方液体层纵波速度传播的声波存在；在阵列接收波形解释标准图版中表现为以固体层横波速度
、
固体层纵波速度以及路面上方液体层纵波速度传播的3条直线；情形...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建国，刘家诚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：