Научная статья на тему 'Исследование верхней части разреза грунтовой толщи экспресс-методами волнового анализа'

Исследование верхней части разреза грунтовой толщи экспресс-методами волнового анализа Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
243
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ / ЗОНА МАЛЫХ СКОРОСТЕЙ / СКОРОСТЬ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН / МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН (МАПВ) / АКТИВНЫЙ МЕТОД МАПВ / ПАССИВНЫЙ МЕТОД МАПВ / NONDESTRUCTIVE RESEARCH METHODS / LOW-VELOCITY ZONE / SHEAR-WAVE VELOCITY / MULTICHANNEL ANALYSIS OF SURFACE WAVES (MASW) / ACTIVE METHOD OF MASW / PASSIVE METHOD OF MASW

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Антипов Вадим Валерьевич, Офрихтер Вадим Григорьевич, Шутова Ольга Александровна

Представлены сравнительные результаты изучения зоны малых скоростей поперечных волн верхней части разреза площадки перед корпусом строительного факультета ПНИПУ с применением активного и пассивного метода многоканального анализа поверхностных волн (МАПВ). В Российской Федерации пассивный метод МАПВ ранее не применялся. Приведенные результаты позволяют оценить эффективность пассивного метода анализа как инструмента геотехнических исследований в стесненных условиях, где развертывание системы наблюдений для активного метода невозможно.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Антипов Вадим Валерьевич, Офрихтер Вадим Григорьевич, Шутова Ольга Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Investigation of a soil stratification upper section by rapid methods of wave analysis

This article presents the comparative results of an investigation of the low-velocity zone of the area near the housing of the PNRPU engineering faculty by active and passive methods of multichannel analysis of surface waves (MASW). MASW is a modern nondestructive method researching the soil massif. It lets to obtain profiles of transverse velocities and to find initial elastic modulus and initial shear modulus by using these profiles. The purpose of the investigation is a study of low-velocity zone by active and passive methods of MASW. The passive method of MASW has not been used previously on the territory of Russian Federation. In the passive method, geophones have been placed by “circle,” “square” and “triangle” layouts. Also, the special case of the passive method has been applied passive roadside MASW. The telemetry system TELSS-3 has been used to register surface Rayleigh waves. The parameters of surveying system have been selected using the optimal recommended parameters and the reconnaissance surveys. Obtained seismograms have been processed using ParkSeis software. In the stage of dispersion analysis of MASW, the dispersion images have been obtained with clearly visible fundamental modes. The obtained dispersion curves have allowed making 2D profiles of shear-wave velocities for an active method and 1D profiles for passive methods of MASW. On the basis of these profiles the models of investigated soil stratification have been obtained. The presented results allow evaluating the effectiveness of the passive method of MASW as a tool for geotechnical investigations in cramped conditions, where deployment of surveying system for the active method is impossible.

Текст научной работы на тему «Исследование верхней части разреза грунтовой толщи экспресс-методами волнового анализа»

ВЕСТНИК 12/2016

основания и фундаменты, подземные сооружения.

механика грунтов

УДК 624.131.3

в.в. Антипов, в.г. офрихтер, о.А. Шутова

ПНИПУ

исследование верхней части разреза грунтовой толщи экспресс-методами волнового анализа

Аннотация. Представлены сравнительные результаты изучения зоны малых скоростей поперечных волн верхней части разреза площадки перед корпусом строительного факультета ПНИПУ с применением активного и пассивного метода многоканального анализа поверхностных волн (МАПВ). В Российской Федерации пассивный метод МАПВ ранее не применялся. Приведенные результаты позволяют оценить эффективность пассивного метода анализа как инструмента геотехнических исследований в стесненных условиях, где развертывание системы наблюдений для активного метода невозможно.

Ключевые слова: неразрушающие методы исследования, зона малых скоростей, скорость поперечных волн, многоканальный анализ поверхностных волн (МАПВ), активный метод МАПВ, пассивный метод МАПВ DOI: 10.22227/1997-0935.2016.12.44-60

Многоканальный анализ поверхностных волн (МАПВ) является современным неразрушающим методом исследования зоны малых скоростей (ЗМС) верхней части разреза (ВЧР). Он позволяет построить модель скоростей поперечных волн ВЧР глубиной до 30 м в зависимости от применяемого метода. Для полученной модели можно легко получить такие характеристики грунта, как начальный модуль сдвига и начальный модуль упругости [1, 2].

МАПВ можно выполнять методами двух основных типов: активным и пассивным. Основная цель исследования заключалась в сравнительном анализе исследования активным и пассивным методами МАПВ ВЧр грунтовой толщи на площадке возле учебного корпуса строительного факультета ПНИПУ и оценка эффективности пассивного метода МАПВ, ранее на территории Российской Федерации не применявшегося. Методика проведения МАПВ активным методом описана в работах [1-5], пассивным — в статьях [1, 2, 6-8].

Для регистрации колебаний поверхностных волн была использована 24-канальная телеметрическая система ТЕЛСС-3 с применением различных источников возбуждения колебаний. запись волновых колебаний осуществлялась в цифровой форме на компьютер в виде сейсмограмм в формате SEG-Y. Сейсмические данные с телеметрической системы в обоих случаях передавались через интерфейс USB.

Анализ данных осуществлялся в формате SEG-2. Компьютерная обработка результатов полевых наблюдений была выполнена программным продуктом ParkSEIS 2015 [9]. Конвертация формата SEG-Y в формат SEG-2 производилась с применением программного обеспечения Geogiga Front End 8.1.

Исследуемая площадка находится рядом с учебным корпусом строительного факультета ПНИПУ по адресу г. Пермь, ул. Куйбышева, д. 109. Исследование выбранной площадки позволит в дальнейшем проанализировать местные грунтовые условия, а также использовать полученные данные для оценки воздействия автомобильного трафика на здание учебного корпуса.

Параметры системы подобраны в соответствии с рекомендациями в [2, 10, 11] с использованием оптимальных параметров [12], а также на основе рекогносцировочных наблюдений [13-15].

Сравнительные результаты исследований активным и пассивным методами МАПВ. При проведении полевых исследований активным методом применялась фланговая система наблюдения с выносом источника на 10 м. В качестве источника колебаний использовались кувалда массой 9 кг и круглая металлическая плита основания. При той же расстановке выполнены замеры с использованием частного случая пассивного метода, применяемого при расположении исследуемой площадки вдоль дороги. в качестве пассивного источника были приняты воздействия от автомобильного трафика по ул. Чкалова. Расстояние до источника принято равным расстоянию от приемной линии до центра проезжей части (6,5 м). Схема наблюдения системы представлена на рис. 1, а общий вид площадки с установленной системой — на рис. 2. Параметры измерительной системы с примененными методами волнового анализа приведены в табл. 1.

Рис. 1. Схема расположения измерительной системы при активном и пассивном методах МАПВ (размеры в метрах)

Рис. 2. Общий вид площадки и измерительной системы при использовании активного метода МАПВ

Табл. 1. Параметры измерительной системы при активном и пассивном методах МАПв

Тип МАПВ Глубина исследования 2 , м тах' Длина приемной линии Д м расстояние до источника X,, м Шаг приемников ё, м Смещение системы ё, м Интервал дискретизации ё, мс Время записи Т, с Стэкинг

Активный 20,4 46,0 10,0 2,0 8,0 0,5 1 12

Пассивный 26,9 46,0 — 2,0 8,0 2 8 12

На каждом пункте возбуждения перед началом полевых замеров проводился полный тест измерительной системы [13]. При активном методе запись осуществлялась с периодом дискретизации 0,5 мс и длиной записи 2048 отсчетов. При данных параметрах достигаются оптимальные результаты, что было установлено в результате рекогносцировочных измерений и сравнительном анализе результатов с периодом дискретизации 0,25; 0,5 и 1 мс [14]. Общее время записи при активном методе не должно превышать 1 с, что определяет соответствующую длину записи при выбранном периоде дискретизации. Внешняя синхронизация осуществлялась по замыканию кувалды и металлической плиты основания. Сигнал на запись на регистрирующий компьютер передавался через ^В-интерфейс. При пассивном методе запись осуществлялась с периодом дискретизации 2 мс и длиной записи 4096 отсчетов. Общая длина записи составила 8 с. Сигнал на запись подавался вручную с компьютера. В обоих случаях был принят 12-кратный стэкинг с целью уменьшения возникающих в условиях городской среды многочисленных шумов.

После завершения замеров на каждом пункте вся система сдвигалась на 8 м. В целом измерения были выполнены на четырех пунктах наблюдения. С каждого пункта было сделано по три записи: по одной основной для обоих типов МАПВ и одной проверочной для активного метода.

По завершении полевых работ по полученным сейсмограммам в автоматическом режиме производилось построение дисперсионных изображений. Выделение кривых осуществлялось в полуавтоматическом режиме по фундаментальным модам путем пикировки изображения по максимумам амплитуд [16]. Результаты дисперсионного анализа при активном методе приведены на рис. 3.

Далее в автоматическом режиме производилась инверсия. Строился профиль скоростей поперечных волн с теоретической дисперсионной кривой, максимально совпадающей с измеренной кривой [17-19]. Полученный при активном методе профиль скоростей и степень адекватности результатов представлены соответственно на рис. 4 и 5. Значения скоростей поперечных волн с профиля представлены в табл. 2. Результаты обоих использованных методов МАПВ с трехслойной моделью грунта приведены в табл. 3. Окончательная принятая модель грунта с вычисленными характеристиками по формулам (1)-(3) [1] (в соответствии с рекомендациями в [20]) приведена в табл. 4.

¥ _.7 , 7 _ 7

25 30 35 40 45

Координата на поверхности, м

50 100 150 200 250 300

Частота, Гц а

5 10 15 20 25 30

Частота, Гц б

Рис. 3. (начало) Дисперсионные изображения (а) и дисперсионные кривые (б), полученные с различных пунктов при использовании активного метода МАПВ

Рис. 3. (продолжение) Дисперсионные изображения (в, д) и дисперсионные кривые (г), полученные с различных пунктов при использовании активного метода МАПВ

Рис. 3. (окончание) Дисперсионные изображения (ж) и дисперсионные кривые (е, з), полученные с различных пунктов при использовании активного метода МАПВ

Рис. 4. Профиль скоростей поперечных волн принятой модели грунта при использовании активного метода МАВП

Рис. 5. Профиль соответствия теоретических значений скоростей поперечных волн реальным значениям

Табл. 2. Значения скоростей поперечных волн профиля поперечных скоростей, м/с

Глубина к, м Горизонтальная координата х, м

23,0 31,0 39,0 47,0

-0,791 141,531 134,893 147,154 155,307

-1,779 130,203 113,654 143,003 155,617

-3,014 144,665 140,622 140,707 165,886

-4,558 133,046 151,517 129,741 125,323

-6,489 170,243 198,871 249,585 238,845

-8,901 321,129 220,337 302,079 282,455

-11,917 327,060 251,394 329,392 299,084

-15,687 267,842 249,678 298,010 307,659

-20,400 267,137 262,702 297,800 314,114

-25,500 266,817 273,182 297,690 316,759

Табл. 3. Результаты исследования с применением активного и пассивного методов МАВП

Тип МАПВ х, м Слой 1 Слой 2 Слой 3

2, м к, м V, м/с 2, м к, м V, м/с 2, м к, м V, м/с

23,0 6,0 6,0 143,7 12,0 6,0 331,6 20,4 8,4 288,0

Актив- 31,0 5,0 5,0 142,9 12,0 7,0 248,2 20,4 8,4 233,5

ный 39,0 5,0 5,0 141,6 12,0 7,0 311,6 20,4 8,4 328,5

47,0 5,0 5,0 151,1 12,0 7,0 277,7 20,4 8,4 316,4

Окончание табл. 3

тип X, м Слой 1 Слой 2 Слой 3

МАПВ Z, м h, м V, м/с Z, м h, м V, м/с Z, м h, м V, м/с

23,0 5,0 5,0 1 37,9 12,0 7,0 248,3 20,4 8,4 265,3

Актив- 31,0 5,1 5,1 139,1 12,0 6,9 278,7 20,4 8,4 249,2

ный 39,0 5,0 5,0 137,8 12,0 7,0 260,9 20,4 8,4 215,8

47,0 5,0 5,0 148,8 12,0 7,0 285,9 20,4 8,4 314,6

23,0 5,1 5,1 136,6 12,0 6,9 209,8 26,9 14,9 334,2

Пассив- 31,0 5,0 5,0 176,6 12,0 7,0 195,8 26,9 14,9 461,8

ный 39,0 5,0 5,0 157,0 12,0 7,0 231,1 26,9 14,9 290,5

47,0 5,0 5,0 175,8 12,0 7,0 227,6 26,9 14,9 436,0

Табл. 4. Средние значения параметров принятой модели грунта

Слой h, м V, м/с s" V, м/с p' V р, т/м3 G0, МПа E0, МПа

1 5,0...5,1 144,5 270,5 0,3 1,8 37,58 97,75

2 6,9...7,0 289,9 542,0 0,3 2,0 168,1 437,0

3 От 8,4 272,2 509,4 0,3 2,0 148,2 385,3

Результаты исследования пассивным методом МАПв на стесненной площадке. При проведении полевых исследований пассивным методом на стесненной площадке перед корпусом ПНИПУ применялась неподвижная система наблюдения по схемам «круг», «квадрат» и «треугольник». В качестве источника использовалось воздействие от автомобильного трафика по ул. Чкалова и Куйбышева. Схемы наблюдения представлены на рис. 6. Параметры измерительных систем по примененному методу приведены в табл. 5.

Рис. 6. (начало) Схемы расположения геофонов при использовании пассивного метода МАПВ на стесненной площадке (размеры в метрах): а — «круг»

рис. 6. (окончание) Схемы расположения геофонов при использовании пассивного метода МАПБ на стесненной площадке (размеры в метрах): б — «квадрат»; в — «треугольник»

Перед началом полевых замеров при каждой схеме расположения геофонов проводился полный тест измерительной системы [12]. запись осуществлялась с периодом дискретизации 2 мс и длиной записи 4096 отсчетов. Сигнал на запись подавался вручную с компьютера. Принят 12-кратный стэкинг записи сейсмоданных с целью уменьшения количества шумов. для каждой схемы наблюдений было сделано по две записи: основная и проверочная.

Табл. 5. Параметры измерительной системы при использовании пассивного метода МАПБ

Схема расположения приемников Глубина исследования 2 , м тах' Длина приемной линии Б, м Расстояние до источника X1, м Шаг приемников d, м Смещение системы d, м Интервал дискретизации й, мс Время записи Т, с Стэкинг

Круг 12,6 15,32 — 2,0 — 2 8 12

Квадрат 9,9 12,0 — 2,0 — 2 8 12

треугольник 12,4 16,0 — 2,0 — 2 8 12

По завершении полевых работ аналогично обработке результатов исследований активным методом производился дисперсионный анализ и инверсия. Результаты обработки с двухслойной моделью грунта приведены на рис. 7-12 и в табл. 6 и 7.

Рис. 7. Дисперсионное изображение (а) и дисперсионная кривая (б) для схемы расположения геофонов «круг»

75

100

Скорость, м/с 125 ISO 175

200

225

г 5,0

к 10,0

15,0

4 4 * # 1

4 4 «J 14 * Ш #2

.............. Л *• Полутц ост эанство

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Скорость, фут,'с

—- Скорость погтеречныя волн слоя ■ Измеренная кривая * Подобранная кривая

Рис. 8. Принятая модель грунта с двумя слоями для схемы расположения геофонов «круг»; совпадение кривых 94 %

Рис. 9. Дисперсионное изображение (а) и дисперсионная кривая (б) для схемы расположения геофонов «квадрат»

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

75

100

125

Скорость, м/с 150 175

200

225

250

5,0

10,0

A Л Л, A. A ■ S 1

A * 4* A* #2

¡lo lyпространство

17

16

15

14 -1

u

13

12 О ö

э*

К)

9

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 81)1) К 50

Скорость, фут/с

—— Скорость погтеречныя волн слоя ' Итмеренная кривая - Подобранная кривая

Рис. 10. Принятая модель грунта с двумя слоями для схемы расположения геофонов «квадрат»; совпадение кривых 94 %

Рис. 11. Дисперсионное изображение (а) и дисперсионная кривая (б) для схемы расположения геофонов «треугольник»

75

100

125

Скорость, м/с 150 175

200

225

250

£ 5.0

i;

10,0

15,0

А • А А S 1

\ \ > . * А» ........... #2

Попу: ространстио

15 я

14 u

12 1 II ВТ

10

9

200 250 300 350

400

450 500 550

Скорость, ф\':-С

■ Скорость поперечных волн слоя * Измеренная кривая

MIO

650 700

750

800

ESO

Подобранная кривая

Рис. 12. Принятая модель грунта с двумя слоями для схемы расположения геофонов «треугольник»; совпадение кривых 94 %

Табл. 6. Результаты исследования пассивным методом МАПБ

№ Схема Слой 1 Слой 2

п/п Z, м h, м V, м/с s7 Z, м h, м V, м/с s7

1 Круг 6,4 6,4 133,7 12,6 6,2 230,3

2 Круг 6,5 6,5 140,6 12,6 6,1 248,7

3 Квадрат 6,4 6,4 139,5 9,9 3,5 239,5

4 Квадрат 6,5 6,5 137,0 9,9 3,4 241,3

5 Треугольник 6,5 6,5 134,2 12,4 5,9 240,4

6 Треугольник 6,5 6,5 135,2 12,4 5,9 244,2

Табл. 7. Средние значения параметров принятой модели грунта

Слой h, м V, м/с s7 V, м/с p' V р, т/м3 G0,Mna £0,МПа

1 6,4...6,5 137,2 256,7 0,3 1,8 33,88 88,1

2 От 6,0 239,5 448,0 0,3 2,0 114,7 298,3

Количество повторений замеров с одной точки влияет на качество итоговой сейсмограммы и, следовательно, на качество дисперсионного изображения. Увеличение числа повторов позволяет снизить количество посторонних шумов, затрудняющих выделение дисперсионной кривой. Большое количество шумов характерно для городской среды, поэтому в городских условиях необходимо принимать как можно большее количество повторов для облегчения выделения фундаментальной моды. На всех полученных дисперсионных изображения хорошо прослеживается фундаментальная мода. Принятого 12-кратного стэкинга для данных условий оказалось достаточно.

Выводы. Измеренные значения скоростей поперечных волн (см. табл. 3, 4, 6, 7) меньше значений, приведенных в СП [21], особенно в приповерхностной зоне, что свидетельствует о более низких механических характеристиках грунтов.

Сравнение результатов измерений активным и пассивным методами МАПВ вдоль проезжей части показывает их высокое совпадение на глубине до 6 м при условиях: длина линии 46 м, кувалда 9 кг и автомобильный трафик в качестве источников, городская среда. При увеличении глубины результаты начинают расходиться, что является результатом примененной длины ресивер-ной линии и мощности источника импульсов. Для получения корректных результатов на большей глубине необходимо либо увеличивать длину приемной линии, и/либо использовать более мощный источник импульсов.

Сравнение различных схем расположения геофонов при пассивном методе («круг», «квадрат», «треугольник») показало почти полное совпадение результатов, что свидетельствует в пользу применения любой из них при выполнении замеров в стесненных условиях.

В целом результаты выполненных измерений активным и пассивным методами МАПв свидетельствуют об их достаточной точности при малых трудозатратах на сбор данных и их обработку и иллюстрируют эффективность примененного метода волнового анализа малых площадок в стесненных условиях.

Библиографический список

1. Антипов В.В., Офрихтер В.Г. Современные неразрушающие методы изучения инженерно-геологического разреза // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2016. Т. 7. № 2. С. 37-49.

2. Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW). Режим доступа: www.masw. com. Дата обращения: 01.08.2016.

3. Park C.B., Miller R.D., Xia J. Multichannel analysis of surface waves // Geophysics. 1999. Vol. 64. No. 3. Pp. 800-808.

4. Suto K. Multichannel analysis of surface waves (MASW) for investigation of ground competence: an introduction, in «Engineering Advances in Earthworks» // Australian Geomechanics Society. 2007. Pp. 71-81.

5. Foti S. Multistation methods for geotechnical characterization using surface waves. PhD thesis // Politechnico di Torino, Italy. 2000.

6. Park C.B., Miller R.D., Ryden N., Xia J., Ivanov J. Combined use of active and passive surface waves // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2005. Vol. 10. No. 3. Pp. 323-334.

7. Park C.B., Miller R.D. Roadside passive multichannel analysis of surface waves (MASW) // Journal of Environmental & Engineering Geophysics. 2008. Vol. 13. No. 1. Pp. 1-11.

8. Park C.B., Miller R.D., Ryden N. Roadside seismic survey utilizing traffic noise // Proceeding of the NDE Conference on Civil Engineering (14-18 August 2006). St. Louis, MO, USA, 2006. Pp. 323-334.

9. Park Seismic. Режим доступа: http://parkseismic.com. Дата обращения: 01.08.2016.

10. Park C.B. Imaging dispersion of MASW data — full vs. selective offset scheme // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2011. Vol. 16. No. 1. Pp. 13-23.

11. Park C.B., Carnevale M. Optimum MASW survey — revisit after a decade of use // GeoFlorida. 2010. Pp. 1303-1312.

12. Park C.B., Miller R.D., Miura H. Optimum field parameters of an MASW survey // Japanese Society of Exploration Geophysics (SEG-J) Extended Abstracts (22-23 May 2002). Tokyo, Japan. 2002.

ВЕСТНИК 12/2016

13. Офрихтер В.Г. Исследование массива твердых бытовых отходов методом многоканального анализа поверхностных волн // Инженерные изыскания. 2013. № 13. С. 34-37.

14. Ofrikhter V.G., Ofrikhter I.V Investigation of municipal solid waste massif by method of multichannel analysis of surface waves // Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2015. Vol. 2. No. 57. Pp. 1956-1959.

15. Офрихтер Я.В., Рубцова М.В., Офрихтер В.Г. Применение неразрушаю-щих методов для полевых исследований массива твердых коммунальных отходов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2016. № 2 (22). С. 165-176.

16. Park C.B., Miller R.D., Xia J. Imaging dispersion curves of surface waves on multichannel record // 68th Ann. Internat. Mtg. Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts. 1998. Pp. 1377-1380.

17. Xia J., Miller R.D., Park C.B. Estimation of near-surface shear-wave velocity by inversion of Rayleigh waves // Geophysics. 1999. Vol. 64. No. 3. Pp. 691-700.

18. Ryden N., Park C.B. Fast simulated annealing inversion of surface waves on pavement using phase-velocity spectra // Geophysics. 2006. Vol. 71. No. 4. Pp. 49-58.

19. Constable S.C., Parker R.L., Constable C.G. Occam's inversion: A practical algorithm for generating smooth models from electromagnetic sounding data // Geophysics. 1987. Vol. 52. No. 3. Pp. 289-300.

20. Verruijt A. Soil dynamics. Delft, Netherlands : Delft University of Technology, 2008. 417 p.

21. СП 23-105-2004. Оценка вибрации при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов метрополитена. М. : Госстрой России, 2004. 50 с.

Поступила в редакцию в сентябре 2016 г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Об авторах: Антипов вадим валерьевич — магистрант кафедры строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПниПу), 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, д. 29, seekerva@mail.ru;

офрихтер вадим Григорьевич — кандидат технических наук, доцент кафедры строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПниПу), 614990, г. Пермь, комсомольский пр-т, д. 29, ofrikhter@mail.ru;

Шутова Ольга Александровна — старший преподаватель кафедры строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПниПу), 614990, г. Пермь, комсомольский пр-т, д. 29, gshperm@mail.ru.

Для цитирования: Антипов В.В., Офрихтер В.Г., Шутова О.А. Исследование верхней части разреза грунтовой толщи экспресс-методами волнового анализа // Вестник МГСУ 2016. № 12. С. 44-60. DOI: 10.22227/1997-0935.2016.12.44-60

V.V. Antipov, V.G. Ofrikhter, O.A. Shutova

INVESTIGATION OF A SOIL STRATIFICATION UPPER SECTION BY RAPID METHODS

OF WAVE ANALYSIS

This article presents the comparative results of an investigation of the low-velocity zone of the area near the housing of the PNRPU engineering faculty by active and passive methods of multichannel analysis of surface waves (MASW). MASW is a modern

nondestructive method researching the soil massif. It lets to obtain profiles of transverse velocities and to find initial elastic modulus and initial shear modulus by using these profiles. The purpose of the investigation is a study of low-velocity zone by active and passive methods of MASW. The passive method of MASW has not been used previously on the territory of Russian Federation. In the passive method, geophones have been placed by "circle," "square" and "triangle" layouts. Also, the special case of the passive method has been applied - passive roadside MASW.

The telemetry system TELSS-3 has been used to register surface Rayleigh waves. The parameters of surveying system have been selected using the optimal recommended parameters and the reconnaissance surveys. Obtained seismograms have been processed using ParkSeis software. In the stage of dispersion analysis of MASW, the dispersion images have been obtained with clearly visible fundamental modes. The obtained dispersion curves have allowed making 2D profiles of shear-wave velocities for an active method and 1D profiles for passive methods of MASW. On the basis of these profiles the models of investigated soil stratification have been obtained. The presented results allow evaluating the effectiveness of the passive method of MASW as a tool for geotechnical investigations in cramped conditions, where deployment of surveying system for the active method is impossible.

Key words: nondestructive research methods, low-velocity zone, shear-wave velocity, multichannel analysis of surface waves (MASW), active method of MASW, passive method of MASW

References

1. Antipov V.V., Ofrikhter V.G. Sovremennye nerazrushayushchie metody izucheniya inzhenerno-geologicheskogo razreza [Modern Nondestructive Methods of Researching the Geological-engineering Section]. Vestnik PNIPU. Stroitel'stvo i arkhitektura [PNRPU Bulletin. Construction and Architecture]. 2016, vol. 7, no. 2, pp. 37-49. (In Russian)

2. Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) [Electronic Resource]. Available at: http://www.masw.com. Date of access: 01.08.2016.

3. Park C.B., Miller R.D., Xia J. Multichannel Analysis of Surface Waves. Geophysics. 1999, vol. 64, no. 3, pp. 800-808.

4. Suto K. Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) for Investigation of Ground Competence: an Introduction, in "Engineering Advances in Earthworks". Australian Geomechanics Society. 2007, pp. 71-81.

5. Foti S. Multistation Methods for Geotechnical Characterization Using Surface Waves. PhD thesis. Politechnico di Torino, Italy, 2000.

6. Park C.B., Miller R.D., Ryden N., Xia J., Ivanov J. Combined Use of Active and Passive Surface Waves. Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2005, vol. 10, no. 3, pp. 323-334.

7. Park C.B., Miller R.D. Roadside Passive Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW). Journal of Environmental & Engineering Geophysics. 2008, vol. 13, no. 1, pp. 1-11.

8. Park C.B., Miller R.D., Ryden N. Roadside Seismic Survey Utilizing Traffic Noise. Proceeding of the NDE Conference on Civil Engineering (14-18 August 2006). St. Louis, MO, USA, 2006, pp. 323-334.

9. Park Seismic [Electronic Resource]. Available at: http://parkseismic.com. Date of access: 01.08.2016.

10. Park C.B. Imaging Dispersion of MASW Data — Full vs. Selective Offset Scheme. Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2011, vol. 16, no. 1, pp. 13-23.

11. Park C.B., Carnevale M. Optimum MASW Survey — Revisit after a Decade of Use. GeoFlorida. 2010, pp. 1303-1312.

12. Park C.B., Miller R.D., Miura H. Optimum Field Parameters of an MASW Survey. Japanese Society of Exploration Geophysics (SEG-J), Extended Abstracts (22-23 May 2002). Tokyo, Japan, 2002.

13. Ofrikhter V.G. Issledovanie massiva tverdykh bytovykh otkhodov metodom mnogokanal'nogo analiza poverkhnostnykh voln [Investigation of Municipal Solid Waste Massif by the Method of Multichannel Analysis of Surface Waves]. Inzhenernye izyskaniya [Engineering Surveys]. 2013, no. 13, pp. 34-37. (In Russian)

14. Ofrikhter V.G., Ofrikhter I.V. Investigation of Municipal Solid Waste Massif by the Method of Multichannel Analysis of Surface Waves. Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2015, vol. 2, no. 57, pp. 1956-1959.

ВЕСТНИК 12/2016

15. Ofrikhter Ya.V., Rubtsova M.V., Ofrikhter V.G. Primenenie nerazrushayushchikh metodov dlya polevykh issledovaniy massiva tverdykh kommunal'nykh otkhodov [Application of Non-destructive Methods for Field Investigation of Municipal Solid Waste Massif]. Vestnik PNIPU. Prikladnaya ekologiya. Urbanistika [PNRPU Bulletin. Applied ecology. Urban development]. 2016, no. 2, pp. 165-176. (In Russian)

16. Park C.B., Miller R.D., Xia J. Imaging Dispersion Curves of Surface Waves on Multichannel Record. 68th Ann. Internat. Mtg. Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts. 1998, pp. 1377-1380.

17. Xia J., Miller R.D., Park C.B. Estimation of Near-surface Shear-wave Velocity by Inversion of Rayleigh Waves. Geophysics. 1999, vol. 64, no. 3, pp. 691-700.

18. Ryden N., Park C.B. Fast Simulated Annealing Inversion of Surface Waves on Pavement Using Phase-velocity Spectra. Geophysics. 2006, vol. 71, no. 4, pp. 49-58.

19. Constable S.C., Parker R.L., Constable C.G. Occam's Inversion: A Practical Algorithm for Generating Smooth Models from Electromagnetic Seismic Data. Geophysics. 1987, vol. 52, no. 3, pp. 289-300.

20. Verruijt A. Soil Dynamics. Delft, Netherlands, Delft University of Technology, 2008, 417 p.

21. SP 23-105-2004. Otsenka vibratsii pri proektirovanii, stroitel'stve i ekspluatatsii ob"ektov metropolitena [Vibration Assessment for Design, Construction, and Operation of Metro Units]. Moscow, Gosstroy Rossii Publ., 2004, 50 p. (In Russian)

About the authors: Antipov Vadim Valer'evich — master student, department of the construction industry and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (PNRPU), 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, seekerva@mail.ru;

Ofrikhter Vadim Grigor'evich — Candidate of Engineering, associate professor, department of the construction industry and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (PNRPU), 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, ofrikhter@mail.ru;

Shutova Ol'ga Aleksandrovna — senior lecturer, department of the construction industry and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (PNRPU),

29 Komsomolsky prospekt., Perm, 614990, Russian Federation, gshperm@mail.ru.

For citation: Antipov V.V., Ofrikhter V.G., Shutova O.A. Issledovanie verkhney chas-ti razreza gruntovoy tolshchi ekspress-metodami volnovogo analiza [Investigation of a Soil Stratification Upper Section by Rapid Methods of the Wave Analysis]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 12, pp. 44-60. (In Russian) DOI: 10.22227/1997-0935.2016.12.44-60

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.