基于远程实时监测的高烈度区沉管隧道施工可视化系统[

沉管隧道管节的浮运、沉放及对接等是整个沉管隧道施工中的重中之重,这几个工序主要集中在水下进行,当前施工技术难以全面控制施工过程及其对接精度等,研究沉管隧道施工的可视化监测系统,对辅助现场精确测量、潜水作业以及指导安全管理施工具有重要的意义。针对沉管隧道施工工艺的特殊性,基于VTK的可视化和数据模型驱动等关键技术,采用并集成GPS测点坐标系统的构建与精确转换、PSM配置,设计和开发了一种沉管隧道施工三维实时可视化远程监测系统,可以实时显示和查询施工过程中管节浮运、沉放的具体情况,实现沉管隧道实时可视化,并将该系统成功地应用于天津市海河沉管隧道工程的施工中。     

基于远程实时监测的高烈度区沉管隧道施工可视化系统[

沉管隧道管节的浮运、沉放及对接等是整个沉管隧道施工中的重中之重,这几个工序主要集中在水下进行,当前施工技术难以全面控制施工过程及其对接精度等,研究沉管隧道施工的可视化监测系统,对辅助现场精确测量、潜水作业以及指导安全管理施工具有重要的意义。针对沉管隧道施工工艺的特殊性,基于VTK的可视化和数据模型驱动等关键技术,采用并集成GPS测点坐标系统的构建与精确转换、PSM配置,设计和开发了一种沉管隧道施工三维实时可视化远程监测系统,可以实时显示和查询施工过程中管节浮运、沉放的具体情况,实现沉管隧道实时可视化,并将该系统成功地应用于天津市海河沉管隧道工程的施工中。     

地震SV波斜入射下沉管隧道的地震响应分析

在ABAQUS黏弹性人工边界时域波动方法的基础上,首先运用等效应力输入方法实现地震SV波倾斜入射,半空间算例验证该方法具有较好的计算精度,进而基于所建立的斜入射方法研究地震波斜入射对海河沉管隧道地震响应的影响。计算结果表明:SV波斜入射情况下,沉管隧道的地震响应规律与垂直入射时具有明显差异;随入射角增加,沉管隧道结构应力增大,应力较大点出现在沉管隧道的四个角点及隔墙与底板、顶板的连接处,其中中隔墙为最薄弱点;随入射角增加,侧墙和隔墙的相对最大水平位移增大,其中中隔墙位移最大;随入射角增加,沉管隧道结构竖向加速度峰值明显增大。因此在沉管隧道结构抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

P波斜入射角对沉管隧道地震响应的影响

为了研究P波斜入射对沉管隧道地震响应的影响,以港珠澳大桥沉管隧道为工程背景,考虑上覆海水与海床、沉管隧道之间耦合作用,采用粘弹性边界和等效力的地震荷载输入方式,利用ADINA软件建立三维有限元模型进行地震响应分析。分析入射角为0°、20°、40°、50°、60°时P波对沉管隧道环向应力峰值（正应力峰值、剪应力峰值）和位移峰值的影响,结果表明:入射角为40°时,沉管隧道应力峰值最大;入射角为0°—40°时,隧道的应力峰值逐渐增大,入射角为40°—60°时,隧道的应力峰值逐渐减小;隧道截面4个转角处及隔墙与顶板、底板的连接处为隧道剪应力峰值最大处;隧道截面左侧剪应力峰值远大于右侧;隧道顶板正应力峰值最大,顶板的正应力峰值大约为底板的2倍;隧道截面左侧位移峰值远大于隧道截面右侧。     

地震作用下海底沉管隧道的动力响应分析

基于黏弹性人工边界理论,将地震动的输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波垂直入射作用下,海水深度、沉管隧道的埋置深度和海床土的弹性模量对沉管隧道结构地震反应的影响。结果表明:地震P波垂直入射作用下,海水深度和埋置深度对沉管隧道结构水平向与竖向的动力响应影响明显,而海床土弹性模量则影响不大。本文的分析结果可以对沉管隧道结构抗震设计方面提供参考依据。     

紫坪铺水库诱发地震与构造地震波谱时频特征差异性研究

利用紫坪铺水库2004～2007年记录的实际地震数据,通过比较多种滤波方法,发展出一种既能有效滤除地震数据中本底噪音、又对有效信号损伤较小的比值滤波方法。对去噪后的水库诱发地震和构造地震数据,利用小波变换方法,分别进行时频分析获得两类地震的时频谱,并提取可以反映地震发生前后能量分布和聚集情况的时频属性,最后根据各个属性的响应效果,组合得到新的属性。将时频谱与时频属性相结合,总结归纳紫坪铺水库诱发地震与构造地震波谱时频特征的差异性,为地震监测分析提供基础依据。     

地震P波斜入射下入射角度对海底沉管隧道结构动力响应的影响

基于粘弹性人工边界条件理论,将地震动输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波斜入射作用下,不同入射角度对沉管隧道结构的动力响应的影响。结果表明:地震动的入射角度对海底沉管隧道结构的动力反应影响很大,而且入射角在某个范围内,水平向和竖向地震响应有着不同的影响程度;随着入射角度不断增大,结构在竖向的动力响应明显减小,而在水平向的动力响应是先增大后减小。因此,对海底沉管隧道进行抗震设计分析时,应该考虑地震动斜入射对结构动力响应的影响。     

沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究

为了研究穿越纵向非均匀场地的沉管隧道地震反应规律,进行了沉管隧道穿越砂土-黏土场地和均匀砂土场地两种工况的振动台试验。沉管隧道模型材料主要为微粒混凝土和镀锌钢丝,接头材料为橡胶,模型缩尺比为1/30,采用层叠剪切箱装填黏土和砂土构成纵向非均匀场地,输入荷载为不同峰值的El Centro波和Kobe波。采集土层和隧道不同观测点处的加速度和应变等数据并进行分析,研究在不同性质土层中的沉管隧道地震反应的特点,分析纵向非均匀场地对于沉管隧道地震反应的影响。试验结果表明砂土和黏土不同的动力特性会导致沉管隧道地震反应各异:穿越非均匀场地沉管隧道加速度反应、应变反应和管节间相对位移反应明显异于均匀场地沉管隧道,且在输入不同峰值的地震波下呈现不同规律。试验结果可供沉管隧道抗震设计参考。     

平面SH波作用下衬砌隧道对地下地震动的影响

以地下隧道对附近场地动力特性的影响为研究目标,基于弹性波动理论,利用波函数展开法和镜像法,分析了弹性半空间中圆形衬砌隧道对平面SH波入射产生的散射问题,得到了地下圆形衬砌隧道附近场地位移的级数解答。通过数值算例分析了地下圆形衬砌隧道对场地动力响应的影响,重点考察了SH波入射角度、入射频率和隧道埋深、衬砌刚度对隧道周围土体动力响应随深度变化的影响规律。结果表明,地下隧道对沿线场地的地下地震动影响显著。     

隧道-土-隧道轴向动力相互作用的一个解析解

本文采用波函数展开法给出弹性半空间中隧道-土-隧道轴向动力相互作用的一个解析解,并通过对地表位移残差的收敛性分析对解析解的精度进行了验证。研究了隧道埋深、隧道质量、隧道间距、波入射频率和入射角度等参数对隧道轴向动力响应的影响。研究表明,隧道埋深越小,隧道动力响应越大;隧道质量越大,隧道动力响应越大;隧道间距越小,隧道动力响应越大,但隧道间距的影响并不是单调变化,与波入射频率密切相关,两个隧道情况动力响应幅值可达单隧道情况的2.7倍。当隧道间距较小时,地下隧道的抗震设计需要考虑隧道之间的影响。     

Acoustic full waveform inversion of synthetic land and marine data in the Laplace domain

Elastic waves, such as Rayleigh and mode‐converted waves, together with amplitude versus offset variations, serve as noise in full waveform inversion using the acoustic approximation. Heavy preprocessing must be applied to remove elastic effects to invert land or marine data using the acoustic inversion method in the time or frequency domains. Full waveform inversion using the elastic wave equation should be one alternative; however, multi‐parameter inversion is expensive and sensitive to the starting velocity model. We implement full acoustic waveform inversion of synthetic land and marine data in the Laplace domain with minimum preprocessing (i.e., muting) to remove elastic effects. The damping in the Laplace transform can be thought of as an automatic time windowing. Numerical examples show that Laplace‐domain acoustic inversion can yield correct smooth velocity models even with the noise originating from elastic waves. This offers the opportunity to develop an accurate smooth starting model for subsequent inversion in the frequency domain.     

水库输水隧洞施工爆破振动对大坝安全影响监测及分析

阐述柏峰水库除险加固工程主坝输水隧洞施工爆破振动对大坝安全影响。选择有代表性的几个部位,采用原位质点振动速度测试的方法对整个施工期间爆破振动对大坝安全影响进行全过程监测与分析。对实测结果分析表明,爆破振动对大坝安全未产生明显的危害。监测成果可为工程爆破振动安全评价提供科学依据。     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.     

2D acoustic‐elastic coupled waveform inversion in the Laplace domain

Although waveform inversion has been intensively studied in an effort to properly delineate the Earth's structures since the early 1980s, most of the time‐ and frequency‐domain waveform inversion algorithms still have critical limitations in their applications to field data. This may be attributed to the highly non‐linear objective function and the unreliable low‐frequency components. To overcome the weaknesses of conventional waveform inversion algorithms, the acoustic Laplace‐domain waveform inversion has been proposed. The Laplace‐domain waveform inversion has been known to provide a long‐wavelength velocity model even for field data, which may be because it employs the zero‐frequency component of the damped wavefield and a well‐behaved logarithmic objective function. However, its applications have been confined to 2D acoustic media. We extend the Laplace‐domain waveform inversion algorithm to a 2D acoustic‐elastic coupled medium, which is encountered in marine exploration environments. In 2D acoustic‐elastic coupled media, the Laplace‐domain pressures behave differently from those of 2D acoustic media, although the overall features are similar to each other. The main differences are that the pressure wavefields for acoustic‐elastic coupled media show negative values even for simple geological structures unlike in acoustic media, when the Laplace damping constant is small and the water depth is shallow. The negative values may result from more complicated wave propagation in elastic media and at fluid‐solid interfaces. Our Laplace‐domain waveform inversion algorithm is also based on the finite‐element method and logarithmic wavefields. To compute gradient direction, we apply the back‐propagation technique. Under the assumption that density is fixed, P‐ and S‐wave velocity models are inverted from the pressure data. We applied our inversion algorithm to the SEG/EAGE salt model and the numerical results showed that the Laplace‐domain waveform inversion successfully recovers the long‐wavelength structures of the P‐ and S‐wave velocity models from the noise‐free data. The models inverted by the Laplace‐domain waveform inversion were able to be successfully used as initial models in the subsequent frequency‐domain waveform inversion, which is performed to describe the short‐wavelength structures of the true models.     

浙江临安地震台阵勘选测试与背景噪声水平分析

在大中城市周边建设地震台阵,可解决城市内地震监测台站建设不便和背景噪声高等问题,增强人口密集区的地震监测能力。杭州湾地区沉积层较厚,建设基岩地震台站不够现实,为适应长三角区域的一体化发展,增强该区地震和非天然地震的监测能力,在浙江临安建设地震台阵。使用GL-PS60一体化宽频带地震计进行测点勘选工作,利用Welch平均周期法,对9个子台进行背景噪声功率谱估计。结果发现,背景噪声功率谱相关性较好,且与全球噪声模型一致性较好。在台阵勘选过程中,于2017年4月12日和13日分别记录到临安4.2级地震及菲律宾远震事件,波形清晰,表明初选台址效果较好,符合地震台阵建设要求。     

2-D Frequency-domain Waveform Inversion of Coupled Acoustic-Elastic Media with an Irregular Interface

In order to correctly interpret marine exploration data, which contain many elastic signals such as S waves, surface waves and converted waves, we have developed both a frequency-domain modeling algorithm for acoustic-elastic coupled media with an irregular interface, and the corresponding waveform inversion algorithm. By applying the continuity condition between acoustic (fluid) and elastic (solid) media, wave propagation can be properly simulated throughout the coupled domain. The arbitrary interface is represented by tessellating square and triangular finite elements. Although the resulting complex impedance matrix generated by finite element methods for the acoustic-elastic coupled wave equation is asymmetric, we can exploit the usual back-propagation algorithm used in the frequency domain through modern sparse matrix technology. By running numerical experiments on a synthetic model, we demonstrate that our inversion algorithm can successfully recover P- and S-wave velocity and density models from marine exploration data (pressure data only).     

黏弹性介质瑞雷波有限差分模拟与特性分析

本文通过数值模拟研究了介质黏弹性对瑞雷波传播的影响.模拟采用结合了交错Adams-Bashforth时间积分法、应力镜像法和多轴完美匹配层的标准交错网格高阶有限差分方案.通过模拟结果和理论结果对比,测试了方法的精度,验证了结果的正确性.在均匀半空间模型中,分别从波场快照、波形曲线及频散能量图三个角度,对黏弹性介质瑞雷波衰减和频散特性进行了详细分析.两层速度递增模型被用于进一步分析瑞雷波在黏弹性层状介质中的特性.结果表明：由于介质的黏弹性,瑞雷波振幅发生衰减,高频成分比低频成分衰减更剧烈,衰减程度随偏移距增大而增强;瑞雷波相速度发生频散,且随频率增大而增大,频散能量的分辨率有所降低;黏弹性波动方程中的参考频率,不会影响瑞雷波振幅衰减和相速度频散的程度,但决定了黏弹性和弹性介质瑞雷波相速度相等的频率位置.本研究有助于人们更好地理解地球介质中瑞雷波的行为,并为瑞雷波勘探的应用和研究提供了科学和有价值的参考.     

鹤岗地震台阵勘选数据分析

作为"一带一路"地震台网项目的子项目,鹤岗地震台阵区域位置特殊,在地震监测中担负着重要使命。2019年,黑龙江省地震局采用Reftek-130B地震数据采集器和CMG-3T宽频带地震计,完成台阵前期勘选工作,连续波形记录时间30天以上,波形记录质量良好。利用该台阵已勘选的15个点位连续波形记录,估计各点位功率谱,通过绘制概率密度函数图和单频曲线,初步分析该地区背景噪声变化特征。分析结果表明,各勘选点位的噪声功率谱密度相对稳定,部分点位受人类活动影响,在10 Hz以上存在突变,3-5、3-6、4-4子台高频变化较为明显,勘选点位的背景噪声变化特征可为今后的地震台阵建设提供依据。