Strona główna | Baza wiedzy | Badania geofizyczne | sejsmiczne | MASW
BADANIA SEJSMICZNE TECHNIKĄ MASW/MAM
Technika wielokanałowej analizy fal powierzchniowych (ang. Multichannel Analysis of Surface Waves – w wersji aktywnej MASW 1D/2D/3D oraz pasywnej MAM/ReMi 1D) bazuje na analizie sejsmicznych fal poprzecznych S zawartych w tzw. dyspersyjnych falach „Rayleigha”. Cechą charakterystyczną fal Rayleigha jest to, że stanowią około 70% całej energii fal sprężystych rejestrowanych podczas pomiarów natomiast zawarta w nich fala poprzeczna S, której prędkość i tłumienie są bezpośrednio zależne od właściwości sprężystych oraz gęstości objętościowej gruntu to też około 90%. Różnica pomiędzy techniką MASW a MAM/ReMi polega na różnych typach źródeł energii sprężystej. Dla MASW źródłami takimi są np. udar młotem, kafar, natomiast dla potrzeb pomiarów pasywnych MAM/ReMi jako źródło wykorzystuje się przypadkowe nieukierunkowane drgania np. pochodzenia komunikacyjnego, budowlanego itp. w sąsiedztwie punktu pomiarowego – często też są generowane sztucznie poprzez pojazdy generujące wibracje np. traktory, ciężarówki, koparki.
Badania technikami MASW 1D/2D/3D MAM/ReMi 1D stanowią odpowiedź na wymogi projektantów i konstruktorów budowlanych co do określenia w sposób quasi-ciągły i szybki zmian wartości dynamicznych modułów: ścinania (sztywności) Gmax a przy znajomości rozkładu prędkości fali podłużnej P (z badań refrakcyjnych lub tomografii refrakcyjnej) – także odkształcalności objętościowej Kmax, Younga Emax oraz dynamicznego współczynnika Poissona, z głębokością. Moduły te wykorzystywane są do prognozowania m.in. osiadań obiektów inżynierskich. Badania te stanowią o wiele lepszą alternatywę niż sondowania SCPT. Wynika to z faktu, że sonda SCPT pozwala określić początkowy moduł ścinania G0 tylko w miejscu sondowania z interwałem głębokościowym ~1 m. Ograniczeniem SCPT są: niskoenergetyczne, niedopracowane, małopowtarzalne powierzchniowe źródła fal P i S, konieczność ingerencji (naruszenie struktury gruntu wokół stożka sejsmicznego i w efekcie wpływ na właściwości sprężyste i wytrzymałościowe), co w efekcie generuje zakłócenia i znacznie wpływa na wiarygodność wyników.
Schemat pomiarów sejsmicznych techniką MASW
W przeciwieństwie do sondowań SCPT techniki MASW 1D/2D/3D oraz MAM/ReMi 1D pozwalają na ciągłe, nieinwazyjne, bardziej wydajne czasowo i ekonomicznie, określenie rozkładu prędkości fali poprzecznej S z głębokością i wzdłuż profilu badawczego. Podczas pojedynczego profilowania MASW na odcinku o długości np. 115 m można jednocześnie określić ok. 20 profili MASW 1D (z interwałem na powierzchni terenu co 5 m) zmian prędkości fali S z głębokością a przy informacji o gęstości objętościowej określane są wartości maksymalne modułów Gmax, do głębokości średnio ~25-40 m (w zależności od warunków geologicznych).
W przypadku profilowania MAM/ReMi 1D dla powyższych warunków pomiarowych określany jest tylko jeden uśredniony profil zmian prędkości fali S ale do większej maksymalnej głębokości około 50-65 m – w zależności od warunków geologicznych oraz częstotliwości odbiorników drgań (geofonów).
Profil głębokościowy prędkości fali poprzecznej Vs wraz sondowaniem CPT, estymowanym sondowaniem SPT oraz dynamicznymi modułami Gmax, Emax
Dla celów analizy techniką MASW podstawą jest znajomość zmian prędkości fali poprzecznej S z głębokością, które są tylko częścią rejestrowanych zapisów podczas badań sejsmicznych. Istnieje bowiem bezpośredni związek prędkości fali S z gęstością objętościową ośrodka i właściwościami sprężystymi wyrażonymi poprzez moduły.
Na etapie przetwarzania danych oprogramowanie komputerowe analizuje sejsmiczne rejestracje na poszczególnych odbiornikach geofonowych pod kątem częstotliwości oraz przesunięcia fazowego fali na każdej trasie sejsmicznej. Pozwala to, przy znanej geometrii określić długość fali oraz częstotliwości obliczyć prędkość rozchodzenia się fali. Zmiana prędkości fali w zależności od jej częstotliwości określana jest jako krzywa dyspersji. Krzywa dyspersji wyznaczana jest na podstawie widma prędkości fazowej sejsmicznej fali S w użytecznym zakresie sygnału (wysoki stosunek sygnał/szum).
W przypadku wykonywania pomiarów w wersji 2D wyznaczane jest jednocześnie wiele krzywych dyspersji dla wielu punktów wzbudzania fal celem określenia zmienności prędkości fali S wzdłuż profilu pomiarowego. Uzyskane w ten sposób krzywe dyspersji wykorzystywane są do inwersji na modele głębokościowe 1D i 2D.
Wyniki badań technikami MASW1D/2D/3D oraz MAM/ReMi 1D przedstawiane są jako:
- głębokościowe profile 1D zmian prędkości fali S,
- głębokościowe przekroje 2D zmian prędkości fali S,
- głębokościowe mapy 3D zmian prędkości fali S.
Przekrój głębokościowy fali poprzecznej S – MASW 2D uzupełniony o MAM/ReMi1D
Tak otrzymane informacje podczas interpretacji wyników MASW można korelować z innymi badaniami geofizycznymi lub badaniami geotechnicznymi.
Pomiary i przetwarzanie badań MASW / MAM są nowoczesnymi technikami rozpoznania podłoża ale wymagają dużego doświadczenia w takich badaniach. Nasza kadra realizowała pierwsze pomiary w Polsce techniką MASW oraz MAM/ReMi, w korelacji z innymi metodami geofizycznymi.
Zalety technik MASW/MAM/ReMi:
- możliwość wyznaczania w ośrodku w sposób „ciągły” z głębokością dla bardzo małych odkształceń zmian wartości maksymalnego dynamicznego modułu ścinania (sztywności) Gmax,
- dokładniejsze zróżnicowanie właściwości sprężystych ośrodka w nadkładzie,
- redukcja wierceń i sondowań poprzez rozpoznanie ośrodka gruntowego pomiędzy otworami/sondowaniami,
- wyznaczenie granic i miąższości warstw, także pod warstwami o wyższej gęstości objętościowej,
- badania in-situ, nieniszczące, określające właściwości fizyczne badanego ośrodka, w przeciwieństwie do np. sondowań CPT,
- estymacja liczby uderzeń N30 w sondowaniach SPT (Standard Penetration Test) z głębokością,
- możliwość pomiarów w warunkach występowania skał ilastych i przy zawodnieniu (co eliminuje metodę georadarową – GPR),
- może być stosowana do oceny trudnych dla metod bezpośrednich podłoży (zwietrzałe grunty skaliste, nasypy, hałdy itp.)
Przykładowe zastosowania badań sejsmicznych techniką MASW / MAM:
- wyznaczanie granic: podłoża skalnego, między warstwami zróżnicowanymi litologicznie, pomiędzy strefami o różnym stopniu wietrzenia, Więcej…
- ocena stanu ośrodka gruntowo – skalnego pod kątem stref osłabienia, zapadania, rozluźnień (także pod istniejącymi obiektami np. pod posadzkami betonowymi) oraz stanu intensywności spękań,
- przestrzenna ocena podłoża pod kątem zmian modułów sprężystych, dla posadowienia turbin elektrowni wiatrowych (farmy wiatrowe),
- ocena zagrożenia deformacjami nieciągłymi i rozpoznanie zmian strukturalnych w obszarach występowania starych szybów i zapadlisk, nieciągłości, pierwotnych i wtórnych „wędrujących” pustek poeksploatacyjnych, kawern, zapadlisk w nadkładzie i podłożu m.in. na terenach pogórniczych,
- ocena stabilizacji, konsolidacji, weryfikacja skuteczności wzmocnienia podłoża i podsadzania pustek.
„Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Małopolskiego Regionalnego Programu Operacyjnego na lata 2007-2013 współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego”
