Can We Really Detect Cavities Using Seismic Surface Wave?

Bitri, Adnand; Samyn, Kevin; Filippi, C.

doi:10.3997/2214-4609.201601976

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“…[Debeglia et al, 2006] combine it with microgravimetry to detect karsts in an urban environment. The use of MASW to detect cavities is still under study and remains a tough problem [Bitri et al, 2016]. To our best knowledge, animal burrows would not be detected into a fluvial levee.…”

Section: Cavitiesmentioning

confidence: 99%

Geophysical and geotechnical methods for fluvial levee investigation: A review

Dezert

Fargier

Lopes³

et al. 2019

Engineering Geology

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Section: Cavitiesmentioning

confidence: 99%

Geophysical and geotechnical methods for fluvial levee investigation: A review

Dezert

Fargier

Lopes³

et al. 2019

Engineering Geology

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“…Moreover, the numerical approach applied to homogeneous media systematically shows strong backscattered arrivals due to the cavity. Yet, the diffractions tend to be degraded during the stacking or migration process as it has been pointed by Berkovitch et al (2009) and Bitri et al (2016). It may be due to combined effects: the diffraction amplitudes are weak compared to the incident wave front, the intrinsic attenuation is strong in subsurface materials and the dynamic moveout corrections are not able to accurately approximate diffraction traveltime.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

New robust observables on Rayleigh waves affected by an underground cavity: from numerical to experimental modelling

Filippi

Leparoux²,

Grandjean

et al. 2019

Geophysical Journal International

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The investigation and monitoring of shallow hazards due to the presence of underground cavities remain a challenge for geophysical approaches. Thus, seismic surface waves have been tested in several recent research projects in order to detect and localize voids as well as to determine their geometries. Among these works, numerous numerical studies have proved the feasibility of Rayleigh waves to detect cavities. However, most imagery processes adapted to R waves are faced with difficulties when applying them to real data. This limitation points to a major problem: the interactions between Rayleigh waves and a cavity are complex, particularly in the case of dispersing and attenuating surrounding media. Here, a combined approach based on numerical and experimental data obtained in a reduced-scale measurement bench is conducted to better understand the seismic wave propagation phenomena involved in the presence of a cavity and define robust observables that can be used in field measurements. The observables bearing the cavity signature are studied qualitatively and quantitatively on numerical and experimental recordings. The latter take into account all the propagation phenomena involved. The observations are carried out on the vertical and horizontal component of the Rayleigh wave displacement. The selected observables are studied depending on nondimensional cavity's parameters versus the frequency, that is the wavelength-to-size ratio and the wavelength-to-depth ratio. The effects of the cavity's parameters on the observables show particularities as a function of these components, such as a higher rate of the amplitude on the horizontal component as well as a perturbation of the direct seismic surface wave amplitude above the cavity, also higher on the horizontal component. This latter feature is particularly visible on the variation of the elliptical particle motion recorded at the surface. It can be linked to the mode conversions that occur in the vicinity of the cavity and which predominate on the horizontal component when the signal is normalized.

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Application des méthodes géophysiques pour le diagnostic de l’aléa cavités sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire et hydraulique

Vergniault¹,

Buchoud²,

Boisson-Gaboriau

et al. 2022

Rev. Fr. Geotech.

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Cet article traduit la volonté de deux maîtres d’ouvrages (ayant une compétence interne d’ingénierie conseils en géophysique), que sont SNCF Réseau et EDF, de mettre en commun leurs retours d’expériences pour améliorer la gestion des risques liés à l’aléa cavités souterraines sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire ou hydraulique. Cette coopération a permis de valider plusieurs méthodes de diagnostic, par reconnaissance et auscultation, afin de détecter des cavités souterraines et de suivre leur évolution : dans deux contextes géologiques distincts (craie et marnes à gypse), les méthodes sismiques actives et passives basées sur les ondes de surface ont confirmé leurs performances théoriques, aussi bien pour des reconnaissances que de la surveillance en continu : (1) dans un contexte de cavités anthropiques dans la craie et hors nappe, les exemples présentés valident l’intérêt de certaines méthodes industrielles de reconnaissance (DCOS®, ParSeis®) et laissent espérer une industrialisation prochaine de plusieurs autres (SI active et passive), (2) dans le contexte de dissolution de gypse, ces mêmes méthodes utilisant le signal généré par les circulations ferroviaires se sont avérées très pertinentes pour assurer une surveillance en continu, via un monitoring 4D, du sol support de la plateforme ferroviaire. Le résultat de ce développement permettra de s’inscrire dans une démarche de maintenance prédictive vis-à-vis du risque fontis ; dans le contexte de dissolution de gypse, la mesure de déformation par fibre optique en place dans un remblai a démontré sa pertinence pour capter l’amorce de remontée d’un fontis, avant même l’apparition d’indice en surface. Enfin, il faut noter que les méthodes de reconnaissance et d’auscultation, présentées dans les deux premiers cas d’étude, pourraient favorablement être réalisées en utilisant une fibre optique comme celle exploitée dans le troisième cas d’étude, mais il faudrait un interrogateur optique différent de type DAS. Ceci est une perspective à laquelle s’intéressent les deux maîtres d’ouvrages.

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Can We Really Detect Cavities Using Seismic Surface Wave?

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Geophysical and geotechnical methods for fluvial levee investigation: A review

Geophysical and geotechnical methods for fluvial levee investigation: A review

New robust observables on Rayleigh waves affected by an underground cavity: from numerical to experimental modelling

Application des méthodes géophysiques pour le diagnostic de l’aléa cavités sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire et hydraulique

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