第３６卷第２期　２　０　１　０年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡ　ＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＦＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２　Ｊａｎ．２０１０　・１５５・　

文章编号：ｌ００９—６８２５（２０ｌ０）０２—０１５５　０２　

瑞利波测试技术及其应用　

靳国　乙　支０　洋　

摘　要：回顾了瑞利波测试技术的发展历史及特点，详细介绍了瑞利波测试方法，对瑞利波在工程实践中的应用进行了　

综述与总结，指出瑞利波技术具有投资少、省时、省力、勘察范围广的特点，值得推广。　

关键词：瑞利波，工程应用，测试技术，测试方法　中图分类号：ＴＵ４１３　文献标识码：Ａ　

饱和土中存在三种体波：压缩波Ｐ　和　以及剪切波ｓ。弹　

性半空间的界面附近存在一种表面波，它是由于自由边界的作　

用，由Ｐ波和Ｓ波相干涉而产生的一种表面波。１８８７年Ｒａｙｌｅｉｇｈ　发现了这种波的存在并揭示ｒ其在弹性半空间介质中的传播特　

性，因此，把这种表面波通称为瑞利波。国外于２０　ｔ【ｆ＝纪５０年代　由Ｊｏｎｅｓ首次将瑞利波法用于土木工程中…。１９７３年，美国Ｆ．　

Ｋ．Ｃｈａｎｇ等人利用瞬态瑞利波来研究地质问题＿２一，引起许多地球　

物理学者的注意，开始了对瑞利波勘探理论及方法的深入研究。　１９８４年，Ｎａｚａｒｉａｎ和ｓｔｏｋ　３ｊ使用重锤作为振源产生瑞利波，利　

用现场检测得到的瑞利波信号，通过频谱分析来测定土层波速获　

得成功。我国瑞利波法测试技术的研究始于２０世纪８０年代中　

期，经过几十年的研究发展，瑞利波测试技术已经在很多领域得　

到了推广和应用，并且取得了较好的效果。　

１瑞利波的传播特性　

１．１均质半空间中瑞利波传播特性　

半无限空间弹性介质中，存在纵波、横波和它们相互干涉产　

生的表面波，表面波以速度　沿地表传播如图１所示，瑞利波是　

一种椭圆极化波。瑞利波的位移沿深度的变化如图２所示，图２　

中　表示瑞利波长，从图２中可以看出瑞利波有效传播深度在　

１．５倍波长左右。按平面问题考虑瑞利波在半无限空间的传播。　

ｙ　ｏ　ｏ　

（）４　毒　ｏ　８　逃　１　２　

１　６　Ｏ　ｏ　ｏ　５　Ｉ　ｏ　＿　／／　｝　讽　／　

＼　／竖直向　

图ｌ弹性半空间瑞和Ｊ波的传播　振１ｔ￣幅１　２随　蕊　

１．２半空间饱和土瑞利波特性　

成层饱和土中瑞利波具有弥散性，波长减少时相速度Ｃ趋于　

上层饱和土的瑞利波速度；波长增长时相速度ｃ则趋于最下层饱　

和土的瑞利波速度。饱和土［｛１瑞利波沿深度衰减快，有效传播深　度为１．５倍波长左右。　

１．３成层地基中瑞利波传播特性　

在成层地基中，瑞利波具有弥散性，并且受土层剪切波速度　

的影响较大。当瑞利波波长增大（或频率减小）时，瑞利波的相速　度也增大并趋近于最下层土的瑞利波速度，当瑞利波波长逐渐减　小（或频率增大）时，瑞利波的相速度也减小并趋近于最上层土的　

瑞利波波速。　

２瑞利波测试方法　

现场量测所需的主要设备是震源、接收器和记录器。　震源的频率成分及传感器的间距直接影响着测试结果，它取　

决于所需测试土层的深度，一般应使间距大于目标深度的一半，　

且取源点至最近检波器的距离等于两个检波器之问的距离。一　

般地，为保证两个检波器接收到的信号有足够的相位差，其间距　

Ａｘ应满足下式：　

／３＜△　＜　（１）　此时两信号的相位差△５＆满足关系式：　

２７ｒ／３＜△声＜２ｒｔ　（２）　

可见，当测试浅层土体的波速时，震源应以高频为主，而间距　

应较小。反之，当测试深层土体的波速时，震源应以低频为主，而　

间距应较大。在瞬态法测试中，应将两个检波器对称布置在所需　测定地点的两侧。由于瞬态法的有效信号和干扰信号在记录上　

难以区别，频谱分析时，将同一测点重复接收到的多次信号（如　

３次～５次）叠加，取其平均值，这样可有效地压制干扰信号。　

３瑞利波测试技术在工程中的应用　

３．１　岩土物理力学参数原位测试　

瑞利波速度是岩土层所固有的特性，它与地基土的力学指标　

密切相关，尤其是承载力特征值　、变形模量Ｅｏ、压缩模量　、　

动力触探击数Ｎ６３　、标准贯入击数Ｎ。瑞利波速度表示不同岩　

土界面下弹性面的波传播速度，它不受地下水影响，与岩土的密　

实度关系密切。　

３．２工程勘察及地基土类型的划分　

瑞利波勘探技术是在无需钻孔的情况下可测试出层状介质　

的弹性波速，它与传统的钻孑Ｌ波速测试方法相比较具有无损及快　

速的优点，所以瑞利波勘探技术在岩土工程勘察的初勘阶段用于　

宏观划分力学性质差异明显的地层、构造，在详勘阶段详细描述　

基岩埋深、填土厚度等变化趋势的工作中都具有明显的优势。　

３．３强夯法处理软弱地基效果评价　

采用瑞利波法对地基的强夯效果进行检测时，通常采用点面　结合的方法。一般是在夯前、夯后进行瑞利波法与静载荷、标贯　

试验等方法的对比；然后根据各种方法的试验结果，采用回归分　

析的方法，参照以往的经验模型建立工程场地的瑞利波波速与强　

夯土体力学参数关系；再以此关系作为基础，对整个工程场地的　

强夯效果进行大面积检测。　

收稿日期：２００９—１０—１２　作者简介：靳国礼（１９５４一），男，工程师，大连理丁现代Ｔ程检测有限公司，辽宁大连１１６０００　刘洋（１９８０一），女，丁程师，大连理工现代工程检测有限公司，辽宁大连

１１６０００　第３６卷第２期　・１５６・　２　０　１　０年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２　Ｊａｎ．２０１０　

文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０２　０１５６—０２　

地下管道地基的注浆加固　

李曰辰　

摘要：结合具体工程实例，介绍了地下管道地基的注浆加固方案及注浆施工，通过对加固效果检测，说明该建筑地基加　

固效果良好，该项技术的成功实施为处理类似工程问题积累了经验。　

关键词：沉陷，地基加固，压力注浆，加固效果　

中图分类号：ＴＵ７５３　文献标识码：Ａ　

１工程概况　

某火电厂地下布置了完备的排水管网用于排走降雨时的积　水。管道为预制钢筋混凝土管，每段长２　ｍ，连续拼接而成。管道　

施工结束后不久，就有部分区段出现了下陷现象，并有越来越严　

重的趋势，必须尽快对其进行加固处理，否则将影响管道的正常　

运行。出现沉陷现象的部分管道长约９０　ｍ，东西走向，管道内径　

１．４　ｍ，断面圆心轴线高程由５２．２８　ｍ逐渐变化至５２．５７　１ＴＩ，具有　

一定的坡度，东深西浅，地面高程为５７．７０　ＦＩ），管道位于地面下约　

５　ｍ深处。　

２地基岩土性质　

在涉及到雨水管道的范围内，由上至下各土层分别为：　

①粉土：灰黄、浅黄色，部分地段为粉砂，稍密～中密，湿～很　

湿，具低压缩性。层底深度１．００／１３～１１．５０　Ｉｎ，相应的层底标高　

３．４饱和砂土层的液化判别　

当松散的饱和砂土层受到振动时就会被振实，体积减小。如　

果排水不畅，孑Ｌ隙水压力就会增高。在连续振动条件下，砂土层　

内的孔隙水压力增加到某个值时，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。反映在波速上，波速越低越易液化；波速越高越不易液化。　

采用瑞利波方法获得的剪切波速判别饱和砂土层的液化。将瞬态　

瑞利波波形数据经过一系列的分析处理得到实测剪切波波速值，　如果大于该土层的液化临界波速值时，则该土层为非液化层，如果　

实测波速值小于该土层的液化临界波速值，则该土层为液化层。　

３．５工程质量检测　

瑞利波法可以对路面和垫层的接触情况、各结构层的厚度以　

及路面的均匀性作出评价。一般认为，当路面和垫层接触良好及　

路面混凝土质量比较均匀时，两传感器接收到的信号频率成分基　

本相同，相关函数接近于１，而当路面和垫层接触不良或存在空洞　时，则两传感器接收到的信号频率成分复杂，相关函数小于１。　

４结语　

瑞利波技术是近年来发展起来的、用于工程地质勘探的一门　４５．７８　ｍ－－５６．６２　ｍ，厚度０．６　ｍ～１１．５０　ｍ。①ｆ粉砂：灰黄色，灰　

色，主要成分石英，含云母及贝壳碎屑，分布于①层中或交错存　

在。松散～稍密，饱和。层底深度１．００　ｍ～１２．６０　ｍ，相应的层底　

标高４４．５９　ｍ－５６．３０　ｍ，厚度１．００　ｍ～１２．６０　ｍ。②粉质黏土：灰　色，含有机质，有淤臭味。层位分布变化大。软塑为主，具中高～　

高压缩性。层底深度４．３（）ｍ～１３．７０　ｍ，相应的层底标高４３．３７　ｍ一　

５３．７５　ｍ，厚度０．８０　ｍ～５．６０　ｍ。③粉土：灰色、灰黑色、深灰色，　

夹粉砂，含有机质，有淤臭味，局部夹软塑状态的粉质黏土薄层透镜　

体，中密，湿，具低压缩性。层底深度９．踟ｍ～１５．６０　ｍ，相应的层底　

标高４２．１５　ｍ－－４８．２５　ｍ，厚度０．４０　ｍ～５．５０　ｍ。　

３加固方案　

３．１加固方法　

针对本工程的地质状况等具体情况，确定采用压力注浆法对　

新技术，利用瑞利波法测定岩土的瑞利波速度是在地表进行的，　

不需要钻探配合。它具有投资少、省时、省力、勘察范围广的特　

点。因此瑞利波法除以上几方面的应用外，还可有效的用于基岩　的完整性评价，滑坡调查，桩基入土深度探测等等。但是瑞利波　

法是新兴的地质勘察技术，其在测试方法及信号处理分析方法方　

面仍有不足之处，有待于完善。　

参考文献：　

［１］Ａｄｄｏ　Ｋ　０，Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ　Ｐ　Ｋ．Ｓｈｅａｒ－ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｌｌｅａｓｌｌｒｅｍｅｍ　ｏｆ　

ｍｉｌｓ　ｕｓｉｎｇ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｗａｖｅｓ［Ｊ］．Ｃａｎａｄｉａｎ　Ｇｅｏｔｅｃｈ　Ｊｒ，１９９２，２９　

（３）：５５８—５６８．　［２］Ｃｈａｎｇ　Ｆ　Ｋ．Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｗａｖｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｒａｐｉｄ　ｓｕｂ－　

ｓｕｒｆａｃｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ［Ａ］．第４２届国际地球物理年［Ｃ］．１９７３．　

［３］Ｎａｚａｒｉａｎ　Ｓ．Ｓｔｏｋｏｅ　Ｋ　Ｈ．Ｓｉｔｕ　ｓｈｅａｒ　ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ　ｆｒｏｍ　ｓｐｅｃ—　ｔｒａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｖｅ［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　８ｔｈ　Ｗｏｒｌｄ　

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｄｎｅｅｆｉｎｇ［Ｃ］，ＳａｎＦｒａｎｃｉｓｍ，１９８４　

（３）：３１—３８．　［４］　夏唐代，吴世明．成层饱和土中瑞利波特性［Ａ］．第六届全国　

土动力学学术会议［Ｃ］．２００２．　

Ｏｎ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｗａｖｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

ＪＩＮ　Ｇｕｏ－ｌｉ　ＬＩＵ　Ｙａｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｆｌａｓｈｂａｃｋｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅ［ｏｐｍｅｎｔａ［ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｗａｖｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　

ｍｅｔｈｏｄｓ，ＳＩＢＹＬＳ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｗａｖｅ　ｉｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｖｅ　ａｒｅ　ｌｏｗ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，　

ｔｉｍｅ—ｓａｖｉｎｇ，ｅａｓｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｉｄｅ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｓｃｏＩ）ｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｗａｖｅ，ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　

收稿日期：２００９—０９．１４　作者简介：李曰辰（１９７２一），男，工程师，武汉大学水利水电学院水力学实验室，湖北武汉

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