New Trends In Seismic Investigation of Rock Masses

Lakshmanan, J. (Ingenieur Geologue Directeur scientifique de la Compagnie de Prospection Geophysique Francaise)

OnePetro 

Resume:

L'utilite d'une prospection sismique est assez generalement reconnue lors de l'etude des projets de fondations sur massifs rocheux, peut-être parce que, en dehors des verins et dilatomètres, peu de methodes geotechniques sont applicables. Toutefois, la correlation des resultats obtenus avec les caracteristiques de deformabilite ou de rupture est souvent discutee. Cette note cherche à preciser les apports possibles des methodes sismiques, outre les recherches classiques de contacts ou d'accidents geologiques, lors de l'etude de l'etat de fissuration et de decompression du massif rocheux. En particulier, la notion de vitesse «basale», caracteristique d'un type de roche, est degagee permettant a comparaison du site prospecte avec un massif de reference. Une distinction a ete etablie entre la phase de prospection, comprenant essentiellement des mesures de surface, et celle d'etude detaillee et d'auscultation à partir de galeries ou de sondages, relation avec les essais statiques. Enfin, l'etude des phenomènes d'amortissement et de filtrage naturel des frequences, est abordee avec l'application nouvelle d'un materiel multivoies à enregistrement magnetique, derive des appareils utilises en prospection petrolière.



Summary:

The use of seismic prospecting in the elaboration of rock foundation projets is quite generally accepted, perhaps because few geotechnical methods except hydraulic jack-tests or geodilatometers can be applied. However, correlation of seismic results with static deformability is not always satisfactory. In this note an attempt is made to discuss the value of seismic measurements in the study of the state of decompression of rock mass. The idea of a «base velocity», typical of each type of rock is introduced. It is therefore possible to compare different rock masses. A difference is made between the prospection of a rock mass from the surface, and the detailed study from drill holes or tunnels, in relation with static tests. Lastly, the use of multichannel, magnetic tape seismographic recorders, similar to those used in the oil industry, is suggested. Detailed study of frequencies and of absorption coefficients can be carried out.



Zusammenfassung:

Beim Studium von Unterbauprojekte au Gestein ist die Nuetzlichkeit der sismischen Forschung allgemein anerkannt, denn auβer Preβtopf und Dehnungsgerat sind hier wenige geotechnische Methoden anwendbar. Immerhin wird der Zusammenhang der erzielten Ergebnisse mit den Charakteristiken der Verformbarkeit oder Bruchfestigkeit haufig angefochten. Diese Artikel möchte die mögliche Beitrage der sismischen Methoden (auβer der klassischen Forschungen der geologischen Kontakte oder Huegeligkeit) erlautern, beim Studium des Zustandes der Riβbildung und der Kompressionsverminderung des Gesteins. Besonders wird der Begriff der «Grundgeschwindigkeit», bezeichnend fuer ein Gesteinsart hervorgeheben, die ein Vergleich der Forschungsstelle mit einem Beleg-Grundgebirge ermöglicht. Ein Unterschied wurde zwischen der Forschungsphase, der sich hauptsachlich mit Oberflachenmessungen befaβt, und der Phase der eingehenden Untersuchung und Behorchung von Abbaustrecken oder Erdbohrungen, in Zusammenhang mit statischen Versuchen aufgestellt. Schlieβlich werden die Abschwachungserscheinungen und die natuerliche Filtration der Frequenzen untersucht, mit der neuen Anwendung eines Mehrstreckigen Materials der magnetischen Aufzeichnung, eine Abart der Apparate, die man bei der Erdölforschung verwendent.



Les premières etudes sismiques de sites de barrages etaient souvent structurales; il s'agissait de preciser la position d'un niveau stratigraphique, d'un bedrock ou d'un accident. Mais rapidement, il a ete demande aux mesures sismiques de fournir des indications quantitatives des caracteristiques elastiques des rochers de fondations. La confrontation avec les resultats de mesures statiques a alors ete souvent decevante. L'experience a montre que chaque type de rocher a des caracteristiques dynamiques très constantes, et qu'il est valable de comparer, par les vitesses sismiques, deux sites de même nature geologique. On peut distinguer deux phases dans l'etude sisrnique: la prospection initiale, essentiellement à partir de la surface, et l'auscultation du rocher de fondation, par mesures en galeries, en sondages, ou en fond de fouille. Dans le premier cas, le terrain, altere en surface, a des vitesses croissantes avec la profondeur. Afin de pouvoir atteindre le terrain situe à 10, 20 ou 30 m de profondeur, il faut utiliser des bases sismiques de 100 à 300 m de longueur. L'existence d'arrivees successives refractees rend alors douteuse l'identification d'ondes transversales. L'etude des ondes transversales est alors aisee, et il est possible d'aborder de façon positive l'etude de l'amortissement de l'energie sismique. Nous considerons, ici, essentiellement la prospection des massifs rocheux, en grande masse, à partir de la surface, c'est à dire que nous nous attacherons essentiellement à l'examen des vitesses longitudinales. L'interpretation des mesures de sismique refraction est fondee en general sur des methodes elaborees entre les deux guerres pour des etudes structurales. Pour de tels problèmes, il est logique de supposer une succession de vitesses, en identifiant chaque vitesse à une couche bien definie geologiquement, et ayant une certaine continuite horizontale. Un profil sismique permet alors de suivre un «marqueur sismique» et des formules bien connues, derivees des lois de l'optique, permettent de calculer à chaque point de tir, et même pour chaque implantation de sismographe, la profondeur des differents «marqueurs» à partir des graphiques temps-distances, appeles «dromochroniques».