基于HHT的气枪震源信号时频分析与瞬时属性研究

通过Hilbert-Huang变换对浅水环境下气枪震源激发子波特征进行了研究,结果表明:气枪震源首先激发高频压力脉冲,其频带相对较宽,优势频率为40~80 Hz,主频随时间降低;随后高压气体在水下形成的气泡振荡激发低频气泡脉动,其频带相对较窄,优势频率为4~12 Hz,且水深较浅处的气泡振荡激发的气泡脉动主频相对较低。研究结果有助于提高对浅水环境下气枪震源激发的复杂近场信号的认识。     

气枪震源水中能量辐射特性研究

基于云南宾川气枪主动源激发实验数据,对气枪震源水中能量辐射特性进行了分析研究,得到了气枪震源水中激发脉动气泡周期和最大半径的经验计算公式。结果表明:(1)气枪震源的能量辐射效率在垂直向下方向要高于水平方向;(2)垂直向下的气泡能辐射效率随着供气压力的增加而增大;(3)供气压力为15MPa时,气枪震源垂直向下的能量辐射效率为9.4%;(4)供气压力越大,气枪震源压力波叠加增强的持续距离越远。     

大容量气枪震源子波时频特性及其影响因素

通过分析福建街面水库气枪实验的近场水听器记录,研究气枪子波时频特性及其受沉放深度和工作压力的影响,并结合气泡模型解释气泡振荡过程。数据分析表明:1气枪子波由主脉冲和气泡脉冲组成。主脉冲振幅大,持时短,频带宽,通常应用于浅部探测;气泡脉冲能量集中在低频段,垂直穿透深,水平传播远,通常应用于深部探测。2随着沉放深度的增加,主脉冲振幅变化很小,而气泡脉冲振幅增加,初泡比减小,气泡周期减小,低频段主频增加。沉放深度为10m时,主脉冲振幅和初泡比最大,可应用于浅部探测;沉放深度为25m时,气泡脉冲振幅很大,初泡比最小,可应用于深部探测。3工作压力增加时,主脉冲振幅、气泡脉冲振幅、初泡比、气泡周期等随之增大,低频段主频则减小。     

大容量气枪震源子波时频特性及其影响因素

通过分析福建街面水库气枪实验的近场水听器记录,研究气枪子波时频特性及其受沉放深度和工作压力的影响,并结合气泡模型解释气泡振荡过程。数据分析表明：①气枪子波由主脉冲和气泡脉冲组成。主脉冲振幅大,持时短,频带宽,通常应用于浅部探测;气泡脉冲能量集中在低频段,垂直穿透深,水平传播远,通常应用于深部探测。②随沉放深度的增加,主脉冲振幅变化很小,气泡脉冲振幅增加,初泡比减小,气泡周期减小,低频段主频增加。沉放深度为10m时,主脉冲振幅和初泡比最大,可应用于浅部探测;沉放深度为25m时,气泡脉冲振幅很大,初泡比最小,可应用于深部探测。③工作压力增加时,主脉冲振幅、气泡脉冲振幅、初泡比、气泡周期等随之增大,低频段主频则减小。     

改进的高压气枪震源气泡物理模型及其应用

基于可压缩气泡动力学理论,建立改进的高压气枪震源气泡物理模型,其中考虑气枪气泡系统之间的物质输运效应、气液热传导等多种影响因素.改进模型的计算结果与实验数据吻合良好,且优于传统模型.在此基础上,本文分别探究了特征参数对单枪和双枪气泡动力学特性及流场压力波的影响规律.研究表明气枪开口方式是模拟压力波首脉冲的关键因素,但是对于后续的气泡溃灭脉动压力影响较小;气枪平移运动对气泡的影响可忽略不计;气枪非同步激发可在保证压力波低频段能量不降低的前提下,在一定程度上削弱高频段能量.本研究旨在为深海资源勘探新型气枪的设计提供参考.     

复杂结构-桩-土振动台模型试验数据分析

本文从分析复杂结构-桩-土振动台模型试验数据入手,用加速度动力系数、最大位移、最大正应变、最大动土压力等指标对结构的地震响应全面分析,并对比桩、地下结构、地上结构的不同响应,研究发现:结构不同部分最大地震响应发生的频率不尽相同,且受地震动频谱特性及自身频率影响,天津波加载时结构的地震响应较大;地表以下,当震级较小时,土-结构对地震动起放大作用,随着震级的增加,对地震动放大作用减缓甚至减小;最大位移随结构高度增加逐渐增大,在桩与地下结构交界处和地表处,位移改变较大;地下结构柱、桩最大正应变呈中间大、两头小分布;最大动土压力随着深度增加呈两头大、中间小分布,且地表处最大;总的土压力受最大动土压力影响较大,随深度增加有先降低、后增大的趋势.     

大容量气枪震源子波激发特性分析

大容量气枪水库激发作为陆地震源的可行性与有效性已经得到成功验证.为进一步提高气枪震源激发效果,本文通过水库气枪激发试验对单枪容量为2000 in³的气枪震源激发子波特征及规律进行了研究.依据近场水听器和远场短周期地震仪记录数据,分析气枪震源沉放深度、工作压力等不同激发条件对压力脉冲和气泡脉冲的影响.有助于人们根据不同尺度地下结构探测对震源激发信号的要求,调整气枪激发参数和激发环境,获得最佳激发效果.试验结果表明：（1）沉放深度对压力脉冲波形影响较小,其优势频率不随沉放深度而改变;（2）随着沉放深度从5 m增加到11 m,气泡脉冲的优势频率由5 Hz增加至7 Hz,其最大振幅亦近线性递增;（3）工作压力越大,激发压力脉冲能量越强,而对气泡脉冲的影响主要体现在主频降低.适合远距离深穿透地下结构探测的低频信号主要来自大容量气枪所激发气泡的反复振荡,由于气枪振荡过程非常复杂,本文通过较为简洁的数学和物理模型进行了解释.     

昆明场地脉动优势频率、等效剪切波速度和场地类别判定

以云南省昆明地区为例,对28个钻孔分别以20 m、25 m、30 m厚度计算等效剪切波速和卓越频率,同时测定场地脉动优势频率.结果显示:以20 m、25 m、30 m厚度计算的等效剪切波速,其后者一般都大于前者.对多数钻孔,用25 m厚等效剪切波速和卓越频率判定的场地土类别一致;少数钻孔在靠近30 m时二者判定结果一致.经测定,场地脉动优势频率与20 m厚波速卓越频率相近,但却明显高于25 m厚波速卓越频率.脉动优势频率与不同计算厚度的等效剪切波速度相关性基本相同,对同一厚度(深度)脉动优势频率随等效剪切波速度增加而增加.若等效剪切波速度相等,则深度小的脉动优势频率高.由此推出,脉动优势频率主要由地表层20 m厚岩土力学性质决定,而且越靠近表层的岩土力学性质对脉动优势频率的影响越大.本文从弹性力学理论证明了脉动优势频率和剪切波速度的关系式.通过进一步分析证明,用25 m厚等效剪切波速判定场地土类别更可靠,用脉动优势频率判定场地土类别可作为有效的辅助方法.它们将影响对场地类别的判定.     

气枪:水下震源理论与操作(Ⅱ)——单枪

<正>2单枪2.1气枪的工作原理气枪是一种装置,它在水下释放空气的高压气泡并将其作为一种能源,产生用于地震反射测量的声波/压力波。高压气泡在水中产生的压力变化与时间之间的函数关系,可以表征气枪特性。为了了解气枪特性的本质,我们必须观察气泡释放后的持续运动情况,因为它控制着气枪特性的详细情况。气泡的水下照片(图1)表明,气枪释放的气泡,可以假设成一个近似球形,并在后续的运动中保持该形状。因此,我们可以将     

石家庄市区场地脉动特征及土层剪切波速

根据石家庄市区场地脉动和剪切波速的实例资料,分析了石家庄市区场地脉动的特征以及剪切波速,并给出了场地脉动周期与场地土怪固有周期的统计关系。认为该地区的脉动周期随覆盖层厚度及覆盖层层数的增大而减小,而剪切波速则随深度的增加而增大。     

地震和风耦合作用下上海中心大厦结构易损性研究

随着城市人口的增加,越来越多的超高层建筑在中国各大城市涌现,在其全寿命周期内不可避免的会遭受风甚至地震等多灾害的作用。以上海中心大厦为分析模型,根据其场地条件,采用Benowitez在2015年提出的1种基于随机波的模型方法模拟不同高度处具有空间相关性的脉动风荷载时程。通过对Perform 3D有限元软件建立的上海中心大厦模型进行非线性动力时程分析,研究地震和风耦合作用下对于结构性能的影响,并基于多灾害需求生成结构在地震和风耦合作用下的易损性曲面来研究结构的抗振可靠度。结果表明:结构的响应和易损性随着风速和PGA的增大而显著增大;随着风速的增大结构的响应和易损性均有增大的趋势,但随着地震动的增大,风荷载对结构响应和易损性影响逐步减小。     

饱和砂土液化特性的振动台试验研究

基于地震模拟振动台试验,配制3组不同平均粒径和3组不同细粒含量的6个砂土模型,通过埋置于砂土内部的传感器监测模型内部不同位置的超孔隙水压力等指标,分析砂土模型内部的超孔隙水压力时程曲线及孔压比时程曲线,归纳出地震波加载峰值、砂土平均粒径、细粒含量及埋置深度等因素对饱和砂土液化特性的影响规律。试验结果表明:随着地震波加载峰值的增大,砂土模型液化程度逐渐增大,液化势逐渐增大,抗液化强度逐渐减小;随着砂土埋置深度的增加,砂土细粒含量的增加,砂土平均粒径的增加,砂土模型液化程度逐渐减小,液化势逐渐减小,其抗液化强度逐渐增大。同时,试验结果还表明,砂土液化各影响因素对砂土液化的影响程度依次为地震波强度＞砂土埋置深度＞砂土平均粒径、细粒含量。试验结果可为后续数值模拟的参数选取提供支持,为研究其他因素对砂土液化的影响提供参考。     

水深对水下地基场地地震动影响的时域分析

利用地震波斜入射下水下地基场地地震动分析的一维化时域算法,推导了平面P波入射下,水下地基场地的位移、加速度和应力表达式,重点分析了水深变化对位移峰值、加速度峰值、剪应力峰值和孔隙水压力峰值沿土层深度的分布规律。数值结果表明:同一土层深度处,当水深不超过1倍的土厚时,竖向位移峰值随水深的增大而增大;当水深超过1倍的土厚时,竖向位移峰值随水深的增大而减小。水平位移峰值与水深的关系基本上与竖向位移峰值相反。同一水深下,竖向位移峰值沿土深不断减小,水平位移峰值呈先减小后增加的趋势。同一水深下,竖向加速度峰值沿土深是一个不断减小的过程,水平位移峰值是一个反复增大和减小的过程。在0.75倍的土厚到基岩的范围外,水深对剪应力峰值的影响均较小。孔隙水压力峰值沿土深的分布大致是先减小再增加最后减小。     

磁扰期间ULF脉动的场和热等离子的观测

在1982年10月31日1600-1830UT磁扰期间,DE1对ULF脉动进行了观测,地面的观测推测脉动是由太阳风速度和压力的突然增加激发的.在脉动期间0900LT 左右DE1通过了从磁纬-55——20°L～13-4的远地点.观测到的ULF 波是周向振荡的,它的前面是持续了一个多小时的逐渐衰减的长周期压缩波,磁场与电场振荡间的位相关系和计算出的Poynting 通量指出,在外磁层(L>8),DE1观测到含有很强极型分量的传播波,而随后在L<10.3看到的准正弦环型波是沿磁力线的驻波.环型波表现为四个波包,每个波包对应着不同的等离子体分布,在很大的磁层区域内观测到的波周期随L减小.磁壳之间似乎很微弱的相互作用意味着这个源是宽带源.对DEI穿过的磁壳磁力线脚部附近的几个高纬台站的磁变仪资料也进行了检验.地面上的地磁脉动包含许多频率分量,空间看到的最强波在同一条磁场线附近的地面上看到的却不常是最强信号.地面脉动的宽带特征表明,地面台站也纪录到相邻磁力线的振荡.在地面台站看到的主要频率约在2小时内大致保持不变,但与L有关,这表明DEI在空间看到的变化周期显然与L有关而并非随时间的变化.     

气枪:水下震源理论与操作(Ⅰ)

详细了解震源的辐射场对于有效的震源设计和震源波场反褶积是非常必要的。为了了解气枪理论和操作原理,就有必要研究气枪在水下释放产生的气泡运动。气枪能够在水下释放高压气泡,气泡膨胀产生地震波,被用于反射地震学研究。本论文是关于水中气泡运动产出地震压力波,也称为气枪信号。首先讨论单个气泡的相关物理原理,其次从海洋流体力学和空气热力学的基础方程推导出气泡的动态特性。一旦了解单个气泡的动态特性,就容易了解一组气枪气泡的行为特性。本文详细解释了使用气枪阵列的原因,并讨论了在实际应用中的性能规范。本文探讨了不同类型的气枪,解释了具体的操作流程,并讨论了安装于地震勘探船上由GPS导航系统和气动式电脑联合控制的枪控系统。     

非饱和土中剪切S波的传播特性分析

基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中的液相和气相的相互影响,研究非饱和土地基中剪切S波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立问题的弹性波动方程,经过理论推导给出非饱和土中剪切S波的弥散特征方程。通过数值算例分析剪切S波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明,剪切S波的波速几乎不受饱和度的影响,但其随着频率的增大而减小,随着固有渗透系数的增大先不变后增大;剪切S波的衰减系数随着饱和度和频率的增加均增大,而随着固有渗透系数的增大先不变后增大最后减小。     

昆仑山断裂带围陷波的有限差分数值模拟解释

利用交错网格有限差分方法对昆仑山断裂带人工爆破产生的围陷波进行了三维数值模拟解释.为提高断裂带最终模型的可信度，在围陷波模拟的同时考虑了人工爆破记录的三个分量.对昆仑山断裂带围陷波的模拟结果表明，影响围陷波特性的断裂带深度主要在10 km以内.S波速度和断裂带宽度对围陷波的到时、频率、振幅和相位影响较大.数值模拟解释获得的昆仑山断裂带的细结构参数是：浅部断裂带宽度为300 m，深部为250 m；深度在400 m以上断裂带内S波速度为098 km/s，外部围岩S波速度为170 km/s，Q值为138；S波速度和Q值随着深度的增加而增加；1000 m以下断裂带内S波速度为280 km/s，围岩S波速度为33 km/s.     

单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的动力特性试验研究

为研究冻结黏土的动力特性,在不同温度(-0.6℃,-1.0℃,-1.5℃)和不同频率(0.5 Hz,1.0 Hz,1.5 Hz,2.0 Hz,3.0 Hz)时开展单轴分级加载试验。结果表明,随动应变幅的增加,温度和加载频率对土的动刚度、阻尼特性和残余应变特性的影响越来越显著;骨干曲线均呈线性变化特征,相同动应变幅时动刚度随温度的降低和频率的增加而增大;阻尼比随动应变幅的增加先增加再逐渐减小,加载末期呈略微增加趋势;相同动应变幅值时阻尼比随温度的降低和频率的增加而减小;同一级荷载下残余应变随循环次数呈线性不断增加,加载级数越高,残余应变增长越快;不同温度和频率时dε_(pd)/dt随动应变幅的增加而增大,相同动应变幅时dε_(pd)/dt随温度的升高和频率的降低而增大。     

盆地深度对盆地地表地震动及次生面波的影响

采用显式有限元与透射边界相结合的方法,以及一种同时考虑频率、视波速及极化特征的Rayleigh面波提取方法,研究了盆地深度d对盆地地面运动、盆地放大效应及次生面波的影响。结果表明:相比水平成层模型,紧邻盆地边缘区域的地震动被抑制,抑制区的范围随d的增加逐渐扩大。对水平分量,盆地地表位移峰值放大1.1～1.25倍,最大放大系数(AF)随d的增加而减小,其位置从盆地边缘向内部移动。对垂直分量,峰值可达一维模型水平分量的0.92倍,最大AF位于盆地边缘,且平均AF随盆地深度的增加而增大。随盆地深度的增加,水平和垂直分量的面波幅值均增大。面波幅值最大值出现于盆地中间区域,同时在盆地内有明显振荡。盆地深度较小时,基底多次反射体波引起多次面波生成,显著延长面波持时。水平分量的面波幅值与地震动峰值之比随盆地深度的增大而增加,最大比值0.7左右;垂直分量这一比值在盆地内部基本维持在0.65上下。     

地震作用下承台桩-土动力相互作用数值模拟分析

基于已开展的非液化场地-群桩基础-结构体系动力响应大型振动台模型试验,进行三维全时程动力数值模拟分析。采用修正的Davidenkov模型反映土体在地震反应过程中的模量衰减,通过“捆绑边界”模拟模型箱的层状剪切运动。通过对比试验中土-结构体系加速度响应时程、土体位移和桩基内力等,验证数值模型的有效性。利用已验证的数值模型,开展承台尺寸对桩-土-上部结构动力响应影响研究。结果表明,承台厚度的增大会导致上部结构和桩顶惯性效应减小;地震作用下沿激振方向前桩大于后桩,随着承台厚度的增大,前桩与后桩峰值弯矩差值率为16.1%～32.1%,群桩效应影响增大;随着承台厚度的增大,承台-土动土压力增大了3～6倍,承台与桩基水平荷载分担比增大,桩基弯矩反弯点位置上移了0.50 m;承台-土的相互摩擦作用会降低结构整体动力响应。