基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统

降雨是诱发滑坡最主要的因素。为减少滑坡灾害造成的人员伤亡和经济损失,滑坡早期预警系统成为了最佳选择之一。根据弹性波传播的基本原理和基于降雨型滑坡变形破坏的特点,提出利用弹性波波速来反映边坡表面土体含水率和位移的变化。开发研制了一套三轴渗流-弹性波测试三轴仪和相关系统。该装置能让水从底部渗入土体,模拟降雨入渗土体的过程,同时能测试弹性波波速。试验过程中同步测试含水率、变形和弹性波波速的变化。还进行了降雨滑坡模型试验。利用三轴弯曲元注水试验和降雨滑坡模型试验,深入分析和研究降雨引起的土体滑坡过程与弹性波波速演化规律,揭示波速与含水率和变形的耦合关系。研究结果表明,弹性波波速随着含水率的增大而缓慢减小,随着变形的增大而急剧减小,临近失稳时,波速骤然减小。根据试验结果对含水率和变形导致弹性波波速减小可能的机制进行了解释,提出弹性波在波速骤然减小时发出滑坡预警。研究结果为滑坡防灾减灾和预测预报提供新的方法和可靠的依据。     

双层非饱和地基中Rayleigh波的传播特性

研究了双层非饱和地基中Rayleigh波(以下简称R波)的传播特性问题。首先将迂曲度引入孔隙流体的渗流连续性方程,对三相孔隙介质波动方程进行修正,接着采用体波的势函数之和构建各相介质的势函数,并借助Helmholtz分解,以及考虑土层边界条件和层间连续性条件,建立了R波的弥散特征方程,分析了饱和度、迂曲度和上覆土层厚度等参数与波速和衰减性的关系。结果表明,R波波速随饱和度的增加而线性减小;在渗透系数中间区段,则随着固有渗透系数k的增大而增大;水力迂曲度τ_f对波速的影响主要体现在高频区段,而空气迂曲度τ_a的影响则非常有限;对于上软下硬地层,覆盖层厚度的增加将引起波速的减小,并逐渐趋于上覆土层本身的R波波速;且频率越高或表面层刚度越低,趋近速度越快。     

粘性土物理力学性质与超声波波速关系的试验研究

含水量W和压缩系数α是粘性土的主要物理力学性质指标。运用HTY-C型超声波参数测定仪,测定了南京市河西地区不同状态粘性土的超声波波速值,对比得到其与含水量W和压缩系数α变化关系。试验研究结果表明:粘性土的纵波波速值随含水量的增大而增大;而横波波速值与含水量的相关性较差;在相同含水量下粘性土的纵横波波速值的比值之间呈线形关系;一定含水量条件下,粘性土的纵波波速与压缩系数之间呈指数函数关系,横波与压缩系数之间呈线性关系。     

环境湿度可控的土体小应变刚度试验系统

为研究脱湿过程中饱和度改变对土体小应变刚度的影响规律,自主研制了一套非饱和土小应变刚度试验装置。该装置由3部分构成：相对湿度控制系统、变形测试系统和波速测试系统。相对湿度控制系统可分级提供环境室内相对湿度,通过称重模块记录土样质量变化;变形测试系统利用图像采集结合数字图像处理技术获得土样体变;波速测试系统采用压电陶瓷元件制作的波速传感器,可同时测试土样脱湿过程中压缩波及剪切波波速。试验结果表明：该装置能够分级稳定控制相对湿度环境、间接测量土样体积变化及实时测试弹性波波速,进而研究波速表征的小应变刚度随饱和度的变化规律;土样剪切波速及小应变剪切模量随饱和度的降低逐渐增加,压缩波速及小应变体积模量随饱和度的降低先减小后增加。该装置结构简单,便于操作,为研究非饱和土小应变刚度特性提供了科学有效的测试方法与试验手段。     

非饱和土中热弹性波的传播特性分析

基于非饱和多孔介质的研究成果,考虑热效应和孔隙流体迂曲度的影响,研究了非饱和土中热弹性波的传播特性。利用非饱和土中耦合热的固-液-气三相介质的质量平衡方程、渗流连续方程、动量平衡方程和广义非Fourier热传导定律,建立了问题的热弹性波动方程。通过引入势函数,经过理论推导给出了非饱和土中热弹性波的弥散特征方程。结合数值算例,分析了几类热弹性波的波速和衰减系数随迂曲度、热膨胀系数和介质温度等热物理参数的变化规律。结果表明：孔隙水迂曲度的增大将引起P1波、P3波和S波的波速增大,而孔隙气体迂曲度的增大仅使得P2波的波速增大;热膨胀系数的增大将造成P1波波速的增大和热（T）波波速的减小;介质温度的升高将引起各类热弹性波波速的增大;频率、热膨胀系数和介质温度的变化对各类热弹性波的衰减系数均有较大影响,不可忽视。     

中国西部地壳岩石密度及其组成

本研究采用前人归纳的中国西部主要构造单元的P波波速结构来研究中国西部的地壳密度及组分特征。对地壳岩性推测依据:(1)实测地壳V_p值与实验室测量的常见不同岩性V_p值的对比,(2)根据波速(V_p)-密度(ρ)转换方法,将下地壳的P波波速结构转化为密度结构,并采用Monte Carlo法对密度值的误差进行估算。结果显示:除川西地区以外,中国西部各构造单元的(结晶)地壳密度值大于全球大陆地壳平均值2830 kg/m~3。中国西部各构造单元上地壳P波波速和密度均与中酸性岩类相当,中地壳P波波速和密度均与中性岩相当,下地壳P波波速和密度均与基性岩类相当。因此,中国西部上地壳是中酸性的,中地壳是中性的,下地壳是基性的。     

瑞利波法检验客运专线湿陷性黄土地基处理效果

黄土地基具有明显的湿陷性,试验采用3种方法(柱锤冲扩桩、挤密桩、强夯)进行处理.测试得到地基在3种方案处理前后的瞬态瑞利波频散曲线,比较处理前后的瑞利波波速分布图,反演分析地基剪切波速度,得到黄土地基处理后的波速变化特性.结果表明,经3种方案处理后的黄土地基弹性波波速均得到了提高,波速增大幅度从大到小分别为柱锤冲扩桩、挤密桩和强夯,与静力触探法对比结果较为一致,表明瞬态瑞利波测试方法能大面积无损测试地基处理效果.     

一种测量岩石压缩裂纹扩展过程声波波速的连续测量方法

中低围压或单轴压缩荷载条件下,可以将脆性岩石材料的裂纹扩展过程划分为原生裂纹压密、新生裂纹起裂并稳定扩展、不稳定裂纹扩展和交互贯通以及峰后5个主要发展阶段。含预制裂纹试样的直接观测法、应变监测、声发射（AE）监测、声波波速测试、CT（computerized tomography）扫描、微电镜观察等间接监测方法被用来研究裂纹起裂和扩展过程。本文基于在中、低围压以及单轴压缩荷载条件下,脆性岩石材料首先产生张拉裂纹,并优先沿加载方向发育的规律,提出采用声波波速连续测量方法进行岩石加载过程波速的连续观测,有助于分析裂纹扩展过程中声波波速的变化,为研究裂纹扩展过程提供一种间接测量手段。     

非饱和土中热弹性波的传播特性分析

基于非饱和多孔介质的研究成果,考虑热效应和孔隙流体迂曲度的影响,研究了非饱和土中热弹性波的传播特性。利用非饱和土中耦合热的固-液-气三相介质的质量平衡方程、渗流连续方程、动量平衡方程和广义非Fourier热传导定律,建立了问题的热弹性波动方程。通过引入势函数,经过理论推导给出了非饱和土中热弹性波的弥散特征方程。结合数值算例分析了几类热弹性波的波速和衰减系数随迂曲度、热膨胀系数和介质温度等热物理参数的变化规律。结果表明：孔隙水迂曲度的增大将引起P_(1)波、P_(3)波和S波的波速增大,而孔隙气体迂曲度的增大仅使得P_(2)波的波速增大;热膨胀系数的增大将造成P_(1)波波速的增大和热（T）波波速的减小;介质温度的升高将引起各类热弹性波波速的增大;频率、热膨胀系数和介质温度的变化对各类热弹性波的衰减系数均有较大影响,不可忽视。     

非饱和土中波的传播特性

基于已建立的非饱和土中的波动方程,第1次从理论上推证出非饱和土中存在4种体波,即1种S波和3种P波（P1波、P2波和P3波）,并导出了4种体波的波速以及衰减的解析表达式,分析了4种体波的波速、衰减与频率以及饱和度之间的关系。结果表明：3种P波中P3波波速最小,衰减最大;P1波波速最大,衰减最小;P2波则介于二者之间。4种体波都具有弥散性,一般而言,波速随频率的提高而有所减小,而衰减则有所增大。随含气量的提高,P1波的波速减小,P2波和S波的波速增大,而P3波则受含气量的影响很小;P1波和P3波的衰减都有所减小,但变化不是很显著,P2波的衰减基本不随含气量的变化而变化,S波几乎不存在衰减现象。     

瑞雷波技术在工程场地勘探与评价中的应用

瑞雷波法是近年发展起来的一项新兴工程物探方法。因具有速度快、成本低、无需钻孔且分率较高等特点,在工程场地勘探与评价中有广泛用途。基于瑞雷波在弹性介质中的传播理论,阐述了瑞雷波在工程场地勘探与评价中的现场测试技术和室内资料整理方法,并结合工程实例,分析评价瑞雷波技术在工程场地中的勘探与评价效果。结果表明,瑞雷波技术能有效划分工程场地地层和正确评价工程场地类型。     

瞬态瑞利面波技术探测原理及其应用

介绍瑞利面波的勘探原理及其速度与体波速度和地基承载力之间的关系，结合工程实例，分析瑞利面波技术在工程勘察和工程检测中的应用效果。     

瞬态瑞雷波勘探方法

瞬态瑞雷波勘探方法是一种新的地震方法。它可以快速和经济地测定岩土层的瑞雷波速度。由瑞雷波速度可换算成横波速度。本文简要叙述了它的原理和野外试验方法。并以实例说明了此方法的有效性。最后对这一方法的优点作了讨论。     

瞬态瑞雷波反演横波的SVD算法及其应用

利用奇异值分解算法对瑞雷波频散曲线进行反演,提高横波速度的反演精度,引入权重矩阵提高数据分辨率,采用自适应修改阻尼因子提高迭代效果并协调分辨率与解的关系.某高速公路软土路基实测资料试算结果表明,用该算法对瞬态瑞雷波频散曲线进行反演,不但具有稳定性好、精度高、分辨能力强的特点,而且能自动分层和反演地层参数,在高速公路软土路基探测等领域中具有广阔的应用前景.     

瑞利波在地基勘探中的应用

根据波速与岩土密实程度的关系,结合工程实例,通过工勘结果与瑞波勘探结果的对比,阐明用瑞利波这一方法来解决地基勘探的一些问题（如承载力）。     

面波多模频散曲线的敏感性及特征分析

面波勘探现在已经被广泛应用于工程选址及地震安全评价等方面,但其大多是针对Rayleigh波的应用,对Love波的关注较少.针对面波信息中的两种主要成份Rayleigh波和Love波对速度递增模型和存在低速层模型进行多模频散曲线的敏感性和特征分析,得到了多模式波对半空间介质模型和多层介质的响应特征,而且还对其基模式波和高模式波在高频和低频上的速度趋势进行了分析,细化了高频时的多模式波的理论最低速,得出了一些具有普遍性的结论,并为面波信息的综合利用提供了有力支持.     

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.     

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。     

计算层状介质中轴对称柱面瑞利面波频散函数的δ矩阵法

笔者将δ矩阵法应用于计算层状介质中轴对称柱面瑞利面波的频散函数,得到了六阶δ矩阵法、五阶δ矩阵法、快速δ矩阵法3种方法,很好地解决了高频数值精度丢失问题以及高频数值溢出问题,并提高了计算速度,数值计算及工程应用验证了上述方法的有效性,且表明了这些方法也完全适用于平面瑞利面波频散曲线的求取问题。     

瑞雷面波技术在铁路上的应用

结合实例介绍了瑞雷面波勘探的基本方法原理,在铁路上应用的工作方法与技术,数据的采集、处理与解释,以及瑞雷面波速度转换为承载力的计算方法,并且说明了这种技术在铁路上应用的可靠性。