三层层状介质中瑞利波的频散曲线特征

在前人工作的基础上对三层层状介质的瑞利波频散曲线进行了正演模拟研究,对假定的几组典型模型参数的频散曲线进行了认真分析。通过分析可知,各频散曲线之间是互不相交的,从而对此问题有了一个更清晰的认识。指出当低速软弱夹层存在时频散曲线的特点,并根据分析结果,说明"之"字形频散曲线的形成机理。     

基于F-K变换的井下多道瑞利波频散曲线提取

井下瑞利波勘探中频散曲线的提取多采用基于两道之间互相关的表面波谱分析法,此方法仅能提取基阶模式的瑞利波频散曲线.为了能够获得多阶模式频散曲线,提高煤矿井下瑞利波勘探的探测距离和精度,运用基于F-K变换的多道瑞利波频散曲线提取方法处理井下地震数据.针对井下地震数据的特点对方法进行了改进,在利用合成数据验证方法的有效性后,将其应用于工作面内部构造探测中,并从中获取了具有多阶模式的瑞利波频散曲线,从而证实了当煤层中存在断层时多阶模式瑞利波的存在.     

Matlab环境下瑞利波有限差分正演与曲线绘制

以瑞利波频散方程为出发点的Abo-Zena传递矩阵等方法,只能研究层状介质中瑞利波的传播特性,对于非层状介质,传递矩阵无能为力。因此,不得不考虑有限元、有限差分等方法。根据弹性动力学方程,采用交错网格有限差分方法对均匀弹性半空间介质进行全波场模拟,并在Matlab环境下实现编程计算,再现了瑞利波在近地表的传播状态,实现了地震剖面曲线的正振幅充填问题,从而获得了类似野外地震勘探的剖面记录。模拟结果表明,采用一阶差分格式所得到的地震记录存在较严重的数值频散,在采用有限差分法研究瑞利波"之"字形成因时,须尽量压制数值频散现象,才能获得更接近实际情况的频散曲线。      

瑞利波频散成像方法的实现及成像效果对比研究

瑞利波勘探方法广泛应用在各种工程勘察领域中,其中快速准确的瑞利波频散成像方法是进行瑞利波勘探方法的关键因素之一。这里通过理论数据详细介绍了三种频散成像方法的实现过程,并深入分析了不同方法的频散成像效果,通过对比发现,F-K变换法和τ-p变换法虽可以清晰地看出瑞利波能量的分布特点,但并不利于频散曲线的提取,而相移法则具有更好的频散成像效果,可以得到更高频率和更高阶次的瑞利波频散曲线。     

规则层状弹性介质中基阶模态瑞利波频散曲线计算新方法

在层剪切波速随层深度递增的规则层状弹性介质中,基阶模态瑞利波在表面波场起主导作用,基阶模态频散曲线计算在表面波测试分析中非常重要。层状弹性介质中各阶模态瑞利波频散曲线计算常采用矩阵方法,由矩阵行列式根得到频散曲线,但行列式需用搜索方法求解。为了避免复杂计算,基于Aki和Richards给出的基阶模态频散曲线计算式,假设瑞利波相速度是层剪切波或瑞利波速与基阶瑞利波位移振型函数积分加权均方根。通过对规则层状介质中基阶瑞利波位移振型及土参数与第1层相同的均匀半无限体瑞利波位移振型比较,可知两者变化规律具有相关性,以层剪切波速度差异为参数对半无限体中瑞利波位移振型修正可估算分层介质中基阶瑞利波振型。分析结果表明,相较于矩阵方法,该方法算法简单,相较于半波法,精度较高。     

随机介质模型中瑞雷波正演模拟及波场特性分析

为了研究介质的不均匀性对瑞雷波波场特性的影响,利用高精度交错网格法对不同自相关长度的随机介质模型在不同震源主频率时的波场进行了正演模拟,并应用相移法提取了频散曲线。通过对比波场快照、单道记录及分析频散曲线可以得出:随机介质中的不均匀体会导致瑞雷波传播能量的减弱,并使波的到达时间发生变化;大于或与波长相当的不均匀体随机介质以及由细密薄层构成的地层介质对频散曲线影响较大,这种情况下进行瑞雷波勘探时不能将其视为均匀介质。     

地下浅部异质体对表面波场谱扰动分析

均匀半无限体中表面源激发近表面波场由瑞利波主导,当浅部存在异质体,前行瑞利波发生散射,异质体周围表面波场响应谱发生变化。当异质体长度相对波长较大时,由异质体上方表面质点响应谱提取绕射波频散曲线可分析异质体与周围介质刚度差异对绕射波传播特性的影响。与含软层或硬层半无限体中瑞利波特性比较,可以发现绕射波具有与瑞利波类似的传播特性。异质体上方谱变化特征与异质体和周围介质间刚度差异有关,本研究基于异质体绕射波与入射瑞利波位移结构差异解释谱变化现象。结果表明：异质体上方谱与周围谱明显不同,在偏移距−波长域,相对于前方波场,软质体上方谱密度整体呈减弱趋势,硬质体上方谱密度整体呈增强趋势。根据谱密度变化对应偏移距、波长及谱密度强弱,可以预估异质体在传播方向的位置、埋深,并识别异质体类型。     

瞬态瑞雷波勘探中一些问题的讨论

本文摘要地论述了瞬态瑞雷波勘探的原理,分析了影响瞬态瑞雷波勘探的各种因素以及应采取的数据采集技术.结合实例初步探讨了几种数据处理对频散曲线计算的影响,以及互谱法求取相移对面波频散曲线计算精度的影响问题,最后讨论了频散曲线中出现的三种异常特征及其产生的原因.     

粘弹介质勒夫波频散曲线研究及应用

研究表明,与瑞利波方法相比,勒夫波具有频散曲线求解更加简单、数据信噪比更高、频散曲线反演对初始模型的依赖程度更低等优点,已开始在众多领域得到应用和推广。但还存在一些亟待解决的问题,比如在实际的地球模型中,地层介质是具有粘弹性的,尤其是近地表第四系软土对地震波的吸收衰减作用更为显著。因此,开展粘弹介质勒夫波理论频散曲线研究具有重要的现实意义。本文通过求解频散方程获得勒夫波理论相速度频散曲线,采用高阶有限差分模拟得到粘弹介质情况下的勒夫波单炮记录,并从中提取对应的频散曲线。通过理论模型提取得到频散曲线与理论频散曲线相对比,证明了本文频散曲线计算的正确性,并讨论了粘弹性介质对勒夫波频散曲线的影响,介质的粘弹性会导致勒夫波相速度的高频极限要比完全弹性介质的相速度略高。然后,通过最小二乘法反演,验证了算法程序的稳定性和可行性,结果表明采用粘弹介质频散曲线反演所得横波速度精度更高,最后通过野外实际数据反演结果进一步验证了本文方法的有效性和实际应用效果。     

新的瑞雷波多模式频散曲线反演目标函数

反演瑞雷波频散曲线能有效地获取横波速度和地层厚度,传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别.然而,当地层中含有低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂结构时,瑞雷波可能会出现"模式接吻"和"模式跳跃"等现象,这些现象极易造成模式误判,进而导致错误的反演结果;同时,传统的频散曲线反演方法需要进行求根运算,进而导致现有的瑞雷波非线性反演速度慢,运算时间长.鉴于此,对传统的Haskell-Thomson频散曲线正演模拟算法进行了改进,提出了一种新颖有效的目标函数.该目标函数直接利用实测频散曲线与迭代更新模型频散函数表面形状进行最佳拟合,无需将多模式频散数据归于特定的模式,可有效避免多模式瑞雷波频散曲线反演模式误识别;同时,该目标函数不需要求根运算,进而大大加快了非线性反演速度.基于粒子群优化算法,利用实际工作中经常遇到的3种典型理论地质模型和某一高速公路路基实测资料进行了理论模型试算和实例分析,检验了本文提出的瑞雷波多模式频散曲线反演新方法的有效性和实用性.      

面波法在深层水泥土搅拌墙中的应用研究

面波法的理论基础是英国学者瑞利提出的半无限弹性均匀介质中的瑞利面波理论,及其后来发展的半无限弹性层状介质中的频散理论,所有这些理论的前提是半无限弹性空间,对于像水泥土搅拌墙等水平方向宽度有限,并且往往宽度很小的弹性介质,对其瑞利面波的特性研究的很少。对于有限宽度弹性介质,根据其边界条件的不同可以简化为平面应力、平面应变、弹性约束三种情况。通过理论分析发现三种情况下,其瑞利面波（直达波）的速度与半无限弹性空间中的瑞利面波速度相差很小,并通过室内模型试验验证了这一结论,为瑞利面波在水泥土搅拌墙等宽度有限的弹性介质中的应用提供了科学依据。     

瑞利波勘探技术在开滦荆各庄矿的应用

瑞利波勘探技术应用于煤矿地质,在生产中起到了重要的作用。开滦荆各庄矿应用瑞利波探测煤厚、构造、薄煤带等取得了较好的效果,使地质预测、预报由定性预测上升为定量预测,资料更加准确及时,能更好地为生产服务。      

瑞利波泄漏模式及其"之"字形频散研究

针对地基模型中可能出现泄漏模式的几种情况，对瑞利波勘探中泄漏模式波的求取进行了模拟研究。通过添加附加层的方法，使实频散方程求解瑞利波相速度的范围包含了所有的层速度区域，从而用导波来模拟计算泄漏模式波。通过对七个模型的模拟结果来看，附加层法不仅能模拟出原模型的实数导波，而且还能反映其泄露模式波的变化。同时，通过对Ⅴr-λ曲线的正演计算，说明泄漏模式波的存在也是产生“之”字形的原因之一。     

寒区高等级公路宽幅路基的随机温度场

寒区高等级公路宽幅路面比普通路面吸热面积更大,增加了保证路基稳定性的难度.在对其进行路基温度场的稳定性分析时,传统的有限元方法都是进行确定性分析,没有考虑到边界条件等因素的随机性、变异性,因此不能得知以上随机因素引起温度场的变幅.采用随机有限元法,由温度场的变分原理,通过摄动法建立随机温度场,从而得到随机温度场的有限元格式,理论公式可广泛适用于其他工程随机温度场问题. 将宽幅路基气温边界条件参数设为随机变量,考虑升温效应,对寒区宽幅路基温度场进行计算,分析了温度场均值和方差的分布规律.结果表明：宽幅路基中部聚热效应明显,路基下部出现厚度不均匀的融化盘,可能造成路基不均匀沉降;边界条件的随机性造成温度场方差分布呈明显的边界效应,即越靠近路基上边界温度场方差越大,在一定深度以下趋于零.此外,不论是路基下出现的融化盘,还是温度场方差分布下边界都将随时间增长而扩大.     

地下综合管廊边界条件对地震动力响应影响数值分析

为研究综合管廊动力边界条件对地震动力响应的影响,以厦门地区的代表性土层为例,建立动力有限元数值模型,土体本构采用小应变硬化模型,分别设定固定边界、黏性边界和自由场3种人工边界条件,进行Rayleigh波和地震底部剪切波作用下的场地响应研究;并根据变形特征及拟绝对加速度反应谱（PSA）评价3种边界的有效性,提出综合管廊地震动力分析的优化动力边界组合方法。研究表明：在地震波（底部水平加速度时程）及Rayleigh波的作用下,由于考虑了黏性边界对外行波的吸收,但未考虑地震动的输入问题及边界外半无限介质的弹性恢复性能,边界会对模型内部土体的水平位移产生限制作用,使得场地内水平位移响应偏小,而采用自由场边界则基本不存在这种限制作用,表现出强烈的振荡;采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,在Rayleigh波和底部加速度时程共同作用下,二者引起的动力响应交叉干扰较少,可按线性叠加处理;同时,黏性边界对地震波引起的动力响应有一定范围的吸收,自由场边界对Rayleigh波引起的动力响应也有一定范围的变形限制影响。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

TRES-Ⅰ型多分量瑞利波勘探仪的研究及应用

提出多分量瑞利波勘探的技术思想和方法,研制成功专用的防爆型多分量瑞利波勘探仪器,建立了在用极化分析对瑞利波勘探记录的多分量信号分析的基础上,用极化滤波提取有效瑞利波信号的方法。在煤矿井下及地面实际应用表明,多分量瑞利波勘探与单分量法比较,信号的信噪比、勘探深度和可靠性均有一定的提高。     

矿井瞬态瑞雷波勘探中若干问题的讨论

针对煤矿井下具有地质条件复杂、干扰大的特点,对井下瞬态瑞雷波勘探资料采集和解释若干问题进行了研究。经过大量的现场实验给出了合适的采集参数。通过对记录进行零漂校正、F-K滤波、切除等预处理方法,提高了瞬态瑞雷波勘探的精度和深度。      

偏心式激振器在稳态瑞利波勘探中的应用

介绍了偏心式激振器在稳态瑞利波勘探中的应用,现场工作布置方法以及频散曲线的计算方法,并对稳态瑞利波法勘探与钻孔波速测试进行了对比,两者数据很接近, 偏心式激振器激振频率低,激振能量大,在稳态瑞雷波法勘探中应用效果很好,可以代替钻孔声波测试,进行地层波速测试,降低成本,提高工程勘察效率。     

瑞利波勘探技术在岩土工程勘察中应用

地下介质的弹性波速的差异与介质的岩土力学特征具有很好的相关性,而介质的瑞利波速度与其剪切波速非常接近,因此利用瑞利波勘探技术进行地下介质分层时,其优势十分明显.在岩土工程勘察的初勘阶段可利用瑞利波勘探技术宏观划分力学性质差异明显的地层、地质构造,而在详勘阶段可以探测基岩埋深、填土厚度等的变化趋势,均取得了比较好的应用效果.     

Determining Rayleigh damping parameters of soils for finite element analysis

Soil damping ratio is an important parameter for modelling the dynamic behaviour of soil embankment structures, especially for the micro‐vibration analysis of hospitals and high‐tech industries, which have a very severe construction requirement for vibration. This paper explores using a least‐squares method to evaluate the Rayleigh damping parameters for the finite element analysis of wave propagation in soils. The least‐squares method was first used in Bornitz's equation to calculate the absorption coefficients of soils. Afterward, the best‐fit Rayleigh damping parameters were obtained using those coefficients in the least‐squares scheme again. Both three‐dimensional finite element analyses and field experiments were performed to validate the accuracy of this method. The comparison between experimental and finite element results demonstrates that the accuracy of this least‐squares method is acceptable. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.