Numerical and Experimental Analysis of Multichannel Analysis of Surface Waves Test for Detection of Underground Voids

ABSTRACT: The identification of underground voids is very important for any geotechnical site investigation. Geophysical methods are commonly used to locate the underground voids; but limitations need to be addressed. For example, the effect of lateral in-homogeneities in the surface waves test is not well understood. In this paper, multi-channel analysis of surface wave (MASW) method is used for the detection of underground cavities using the numerical and experimental analysis. The experimental test is conducted on a sandbox having a known void. Different signal processing techniques such as dispersion curves, frequency-spectra contour plots, and two-dimensional Fourier transform are used for the data analysis. A new methodology is adopted where the total seismic array of receivers is divided into three sections: before, on-top, and after the void. Results from a numerical model developed in the FLAC 2D is used to compare the results with experimental data. Results show that the void induces vibration amplifications at the surface in front of its location, i.e. before void; however, shows attenuation in surface responses after the void. These effects are observed when the void is located within the one-third of the wavelength. Numerical and experimental results show that the results of the MASW test and the advance signal processing techniques can be successfully used in the identification of the underground voids.

RÉSUMÉ: L'identification des cavités souterraines est très importante pour toute étude de géotechnique. Les méthodes de géophysiques sont couramment utilisées pour localiser les cavités souterraines, mais des limitations doivent être posées. Par exemple , l'effet des inhomogénéités latérales dans le test des ondes de surface n'est pas bien comprise . Dans cet article, l'analyse multi-canal des ondes de surface: la méthode ( MASW ) est utilisée pour la détection des cavités souterraines en utilisant des analyses numériques et expérimentales. Le test expérimental est mené sur un bac à sable, à l'intérieur duquel se trouve une cavité artificielle prédéfinie. Des différentes techniques de traitement du signal, telles que les courbes de dispersion, le tracés des contours du spectre fréquentiel , et la transformée de Fourier à deux dimensions sont utilisés pour l'analyse des données. Une nouvelle méthodologie est adoptée lorsque le réseau sismique total de récepteurs est divisé en trois sections: avant , au-dessus , et après la cavité. Un modèle numérique a été développé avec le logiciel FLAC 2D pour comparer les résultats avec les données expérimentales. Les résultats montrent que la cavité entraine une amplification des vibrations à la surface en face de son emplacement , c'est à dire avant la cavité, mais une atténuation dans les réponses de la surface après le vide. Ces effets sont observés lorsque la cavité est située dans le tiers de la longueur d'onde . Les résultats numériques et expérimentaux montrent que les résultats de l'essai MASW et les techniques poussées de traitement du signal peuvent être utilisés avec succès dans l'identification des cavités souterraines.