ارزيابي و تخمين ضخامت لايه‌هاي خاك با استفاده از تحليل چند ايستگاهي امواج سطحي و منحني پراكندگي امواج سطحي

يكي از موضوعات موردعلاقه مهندسان ژئوتكنيك و ژئوفيزيك، استفاده از روش امواج سطحي در شناسايي لايه‌هاي زيرسطحي زمين مي‌باشد. در محيطي كه به‌صورت عمودي ناهمگن مي‌باشد، سرعت فازي امواج سطحي تابعي از فركانس مي‌باشد. نمودار فركانس در برابر سرعت فازي، منحني پراكندگي ناميده مي‌شود كه اين منحني تابعي از سرعت موج‌برشي، سرعت موج فشاري، چگالي و ضخامت هركدام از لايه‌هاي زمين مي‌باشد. در اين مقاله، مدل‌سازي محيط خاك با لايه‌بندي افقي در نرم‌افزار اجزا محدود (آباكوس) ارائه گرديده و پاسخ لرزه‌اي محيط ‌هاي خاك با لايه‌هاي افقي شبيه‌سازي شده است. با توجه به تفاوت در مشخصات لايه‌بندي محيط، مدل‌ها را به دو نوع اصلي تقسيم مي‌نماييم: مشخصات لايه‌ها با عمق افزايش مي‌يابد (لايه‌ها از بالا به پايين سخت‌تر مي‌شوند) و مشخصات لايه‌ها با عمق كاهش و افزايش مي‌يابد (لايه‌اي ضعيف در بين دو لايه قوي‌تر قرار گرفته باشد). در اين مدل‌ها، براي ايجاد امواج سطحي از منبع ضربه فعال استفاده گرديد و براي مرزهاي مدل نيز، از روش لايه‌هاي جاذب با ميرايي افزايشي استفاده شد (بدين ترتيب، از ورود امواج برگشتي از مرزها به داخل مدل جلوگيري شد). پس از اتمام مدل‌سازي، داده‌هاي لرزه‌اي توسط ژئوفون‌ها ثبت گرديد و منحني پراكندگي داده‌هاي برداشت شده با استفاده از روش انتقال فركانس-عدد موج محاسبه گرديد. سپس، تاثير فواصل مختلف ژئوفون‌ها در منحني پراكندگي موردبررسي قرار گرفت. نتايج به‌دست‌آمده نشان دادند كه با استفاده از منحني پراكندگي و سرعت فازي در فركانس‌هاي بالا مي‌توان ضخامت لايه سطحي را محاسبه نمود. همچنين، سرعت فازي در فركانس‌هاي بالا متناسب با سرعت فازي لايه سطحي مي‌باشد. در صورت وجود لايه سست‌تر در بين لايه‌هاي سخت‌تر، منحني پراكندگي داراي يك تقعر مي‌باشد كه باعث مي‌شود در فركانس‌هاي كم، منحني پراكندگي به سمت سرعت لايه سست‌تر ميل كند و سپس در فركانس‌هاي بالاتر، به سرعت فازي لايه سطحي مجانب شود. شيب منحني پراكندگي در فركانس‌هاي پايين نشان‌دهنده حضور لايه‌هاي با سرعت‌هاي مختلف مي‌باشد و هرچه شيب تندتر و به قائم نزديك‌تر باشد، تعداد لايه‌هاي كمتري در محيط وجود دارد. براي محيط‌ هايي كه سختي‌شان از لايه‌هاي سطحي به لايه‌هاي پايين‌تر افزايش مي‌يابد، منحني پراكندگي به سمت راست (فركانس‌هاي بالاتر) انتقال پيدا مي‌كند. در ادامه تاثير فواصل مختلف ژئوفون‌ها بررسي گرديد و ملاحظه شد كه فاصله ژئوفن‌ها بايد به مقدار كمتر از يك‌چهارم عمق لايه محدود شود تا از پرش منحني پراكندگي به مدهاي بالاتر جلوگيري گردد. بعلاوه، در صورت مشاهده پرش منحني پراكندگي به مدهاي بالاتر در فركانس‌هاي بالا، مي‌توان، داده‌هاي لرزه‌اي را با فاصله كمتر ژئوفون‌ها برداشت نمود و يا اينكه، منحني پراكندگي را فقط در محدوده فركانسي قبل از پرش به مد بالاتر موردبررسي قرار داد.