基于弹性介质模型的近地表波场模拟及分析

为研究近地表波场特征,特别是瑞雷面波的波场特征,即瑞雷面波的形成机理及传播规律,根据弹性波方程,采用交错网格有限差分算法对基于浅层各向同性弹性介质模型的近地表波场进行了模拟和分析。利用对均匀半空间模型的模拟,分析了瑞雷面波能量在水平和垂直传播方向上的衰减情况以及震源埋深对面波能量的影响;利用对不同均匀层状介质模型的模拟,分析了瑞雷面波的基本特性及近地表构造对波场的影响。     

含层状液体介质瑞雷面波频散曲线正演分析

瑞雷面波在地球物理勘探和工业无损检测中起着重要的作用.自由界面激发的瑞雷面波有多个导波模式,瑞雷面波频散曲线特征可以清楚反映各层介质的力学参数.很多文献已经讨论了横向均匀层状固体介质中瑞雷面波的传播模式和特征,为了研究含层状液体介质自由界面瑞雷面波的传播特征,本文用传递矩阵法,结合位移应力的边界条件,推导出不同情况下含层状液体介质的瑞雷面波频散方程,频散函数表现为实数域的行列式,所以可用二分法求解,数值计算出三种不同情况下含层状液体介质模型的多模式瑞雷面波频散曲线,并对频散曲线的特征和影响因素作了简单分析,发现频散曲线可以清晰反映某些介质的层速度参数.     

弹性介质瑞雷面波交错网格有限差分法数值模拟

为了研究瑞雷面波在复杂地质条件下的传播规律和波场特征,采用交错网格高阶有限差分方法对浅层各向同性弹性介质进行了包括瑞雷面波和体波在内的全波场模拟.通过均匀半空间模型和层状介质模型的模拟,验证了含有瑞雷面波的全波场理论的正确性.     

振动目标产生的瑞雷波的识别方法研究

在地下介质模型参数已知的情况下,利用二维弹性波动方程在网格中离散化的方法来数值模拟出地震波在二维各向同性介质中的运动规律,通过地震波场正演模拟的同时可以观察到地表附近的瑞雷面波运动传播情况,通过在自由表面分离出的径向和垂直方向的质点运动曲线,可以观测并区分出初至波和瑞雷波,并得出瑞雷波传播速度、传播形式等传播特点。     

巷道超前探测中的地震波场特征与断层识别

运用Tesseral正演模拟软件分别对巷道探测前方的60°断层与楔状体(区别为有无填充物)进行正演模拟,对比分析巷道前方断层和楔状体的地震反射波波场特征。结果表明,地震记录道中含有断层异常体信息时,信号的高频成分衰减较快,主频明显向低频移动。断层造成的绕射、反射及多次反射构成了对信号的低通滤波,以此作为前方是否有异常体的识别依据。在包含断层异常体的地震记录中,地震波的频谱与功率谱具有一致性,符合高频衰减快的特性,但是功率谱对异常体的识别精度更高。     

考虑剪切滑移效应时节理岩体中剪切S波的传播特性探析

基于一种优化时域算法,考虑岩石节理面剪切滑移效应,对弹性剪切S波在岩石节理中的传播特性进行理论分析.通过建立节理面剪切滑移理论模型,推导并获得了剪切S波斜入射岩体节理时波的传播方程,并对剪切S波斜入射岩石节理面时的数值解进行了参数研究.结果表明,在研究节理的剪切滑移效应对应力波传播规律的影响时,该时域方法避免了复杂的数学运算,如傅立叶变换和傅立叶逆变换,通过迭代计算即可方便求出透射波和反射波的数值解;参数研究表明节理面剪切滑移效应影响着波的传播规律以及能量的变化规律.在工程实际问题分析时,本文的理论模型可更有效的应用于岩体中应力波传播特性方面的研究.     

瑞雷面波勘探技术研究述评

回顾了瑞雷面波的正反演、频散曲线的提取及工程应用进展情况,分析讨论了其现状及存在的一些问题,提出了解决问题新设想,并着重分析了高模式瑞雷面波在地质勘探和工程质量检测中的应用前景。     

瑞雷面波勘探的过去、现在和未来

回顾了瑞雷面波勘探发展的历史,剖析了面波频散曲线正反演的进展及存在的问题,重点指出在石油 和煤炭反射地震中,应从剔除面波转变为利用面波,并借助现有石油“大炮”反射地震资料中“有害的”瑞雷面波 提取浅层地质结构信息,为反射地震静校正、近地表工程地质评价等提供物性参数,把反射地震的面波干扰变为 对勘探十分有利的参数提取源,实现以强干扰面波为主要数据源的浅层结构探测,以促进瑞雷面波勘探技术的 进一步发展。     

预应力对电梯钢丝绳中弹性波传播特性的影响

振动以弹性波的形式在电梯钢丝绳传播时,会受到钢丝绳中预应力的影响,并降低曳引系统中振动监测的准确性,通过有限元仿真和实验分析研究预应力对电梯钢丝绳中弹性波传播特性的影响。首先采用半解析有限元法,确定了激励频率的范围;其次,采用ABAQUS有限元软件模拟弹性波在无应力以及预应力下电梯钢丝绳中的传播过程,分析了不同应力情况下的弹性波传播特性;最后搭建电梯钢丝绳中弹性波信号采集系统,通过实验分析弹性波在含预应力的电梯钢丝绳中传播特性。结果表明：电梯钢丝绳中的弹性波受到预应力的影响,当预应力增大,弹性波通带范围减少,阻带范围增加。该结果说明了轿厢中振动信号与曳引系统中振源信号存在差异的原因,为提高曳引系统中振动监测的准确性提供有效依据。     

大跨越导线微风振动波的色散关系分析

为探索大跨越导线微风振动特性,在合理假设的基础上建立了导线横向微风振动的一般方程,从振动波的角度,分析了典型导线结构模型的复波数、相速度与频率之间的色散关系以及弹性刚度和阻尼对振动波的影响特性。研究结果表明:弹性刚度决定了激励频率能否引起导线振动波的传播,当激励频率大于临界频率时,弦模型导线的振动波为两列方向相反的传播行波;传播过程中各阶频率相速度主要由结构参数张力和线密度确定,弹性刚度使振动波中低频波传播速度快而高频波相速度基本一致,具有明显色散现象;阻尼决定了振动波在传播过程中的衰减特性,对结构的色散现象影响不大。     

激光在楔形金属板中激发超声导波的实验研究

介绍了利用激光超声技术对楔形金属板材进行检验的实验方法和装置,研究了激光在楔形金属板中激发超声导波的规律,得到了超声导波在不同角度楔形金属板中传播时波形的变化特征。当楔形板角度较小时,波形具有Lamb波的特征;角度较大时,波形失去Lamb波的特征,更多表现出Rayleigh波的性质。并指出随板厚增加,导波高阶模态的出现是导致波形发生改变的原因。     

基于瑞利波法对混凝土表面裂缝检测的数值研究

基于瑞利波及衍射纵波的传播时间差法,利用有限元法分析了瑞利波在含不同长度及角度裂纹的混凝土介质中的传播规律,提出了混凝土介质中表面裂缝长度和角度的计算公式,并验证了数值模拟结果的准确性。研究结果表明：在传播过程中,瑞利波一部分沿着介质表面（含裂纹表面）传播,另一部分在裂缝尖端发生模式转换,形成衍射横波和衍射纵波,弹性波传播到介质边界时被粘弹性人工边界全部吸收,消除了反射波的影响;表面裂缝长度和角度的计算结果误差基本在5%以下,只有个别数据误差较大,在一定范围内,随着裂缝长度和角度值的增大,计算结果的准确度越高。     

Characteristics of transmitting channel wave in a coal seam

An embedded underground coal seam carries channel waves of low seismic velocity along a stratigraphic rock-coal-rock sequence. In a homogeneous and isotropic seam, seismic waves propagate as trapped waves within the seam, which leads to propagation of channel waves. We describe how to set up a field test for transmission in order to acquire channel waves in a coal seam. Because channel wave signals are non-stationary in their frequencies and amplitudes, a necessary velocity spectrum and wavelet transformation analysis are applied to interpret the characteristics of channel waves. The advantage of using a wavelet transformation is that different resolutions can be obtained at different times and different frequencies. According to analysis of the seismic signals acquired in the S7 sensor hole, it was clearly shown that the characteristics of channel waves are lower frequencies and attenuation which can guide an effective wave for detecting voids, boundaries and faults in coal seams with strong roofs and floors.     

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明：模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。     

Energy flux characteristics of seismic waves at the interface between soil layers with different saturations

Based on the multiphase poroelasticity theory describing the propagation of waves in the unsaturated fluid-saturated porous medium, the reflection and transmission coefficients of the seismic waves at the interface between soil layers with different saturations are obtained. Our unsaturated model consists of a deformable skeleton in which two compressible and viscous fluids (i.e., water and gas) flow in the interstices. Three compressional waves (i.e., P1, P2, and P3 waves) and one shear (i.e., S wave) wave exist in the unsaturated soils. The expressions for the energy ratios of the various reflected and transmitted waves at the interface during the transmission and reflection processes are presented in explicit forms accordingly. At last, numerical computations are performed and the results obtained are respectively depicted graphically. The variation of the energy ratios with the incident angle, wave frequency and saturation degrees of the upper and lower soil layers is illustrated in detail. The calculation results show that the allocation of incident seismic waves at the interface is influenced not only by the angle and frequency of the incident seismic waves, but also by the saturations of the upper and lower soil layers. It is also verified that, at the interface, the sum of energy ratios of the reflected and transmitted waves is approximately equal to unity as was expected. This study is of importance to several fields such as geotechnical engineering, seismology, and geophysics.     

非均匀平面波声场中质点运动的椭圆度

当均匀平面声波入射在液-固介质分界面上产生非均匀平面波时,场中质点将在其平衡位置附近作椭圆振动。计算表明:对于场中固体界面上的质点,当入射角比纵波临界角小得多时,其椭圆度近似为1,质点基本上作直线振动;当入射角比横波临界角大得多时,纵波场中质点运动的椭圆度接近于0,质点运动轨迹近于圆,而横波场中质点运动的椭圆度最小;当入射角在纵波临界角或横波临界角附近时,质点运动的椭圆度有较大的变化。文中指出固体粘滞系数对场中质点运动椭圆度的影响不大,且仅仅表现在临界角附近。在瑞利角入射下,界面法线方向上的固体质点,其运动的椭圆度呈周期性变化,当深度为瑞利波半波长整数倍时,椭圆度为1;当深度为瑞利波半波长的奇数倍时,椭圆度最小。     

煤与瓦斯突出冲击波传播规律研究

应用应力波理论研究了煤与瓦斯突出过程中产生的冲击波在煤体界面上的反射、透射现象,得到了入射、反射和透射超压解析解,根据空气动力学分析了冲击波沿巷道方向传播规律.结果表明：透射超压值为入射超压的两倍,而反射超压值略小于入射超压.冲击波超压与冲击气流、突出的膨胀能量成正比,与通风巷道的截面面积呈反比;当冲击波在单个层状煤体中传播时,它会在其两端自由界面上出现反射,反射波反向卸载,自由面上物体振动速度加倍,又将其撕裂成若干个更薄的层状体;当冲击波传播到构造煤和硬煤岩体的分界面上时,产生了强烈的透射和反射现象,透射波在分界面上叠加,其应力值加倍,煤体受到强烈压缩作用,当其超过软煤强度时,软煤被压裂破坏.     

移动通信中宽带接收系统信号电平特性的研究

首先建立了一个包括直达波和非直达波的无线电波的传播模型,然后得到宽带接收系统中接收信号的电平表达式,再通过MATLAB仿真得到宽带接收系统中信号的电平变化和分布的特性。根据仿真结果,可知宽带接收系统的信号电平变化约为10dB,信号电平的分布受到传播模式中的接收带宽、达波数、路径差的影响。     

A numerical simulation of nonlinear propagation of gravity wave packet in three-dimension compressible atmosphere

By using FICE scheme, a numerical simulation of nonlinear propagation of gravity wave packet in three-dimension compressible atmosphere is presented. The whole nonlinear propagation process of the gravity wave packet is shown; the basic characteristics of nonlinear propagation and the influence of the ambient winds on the propagation are analyzed. The results show that FICE scheme can be extended in three-dimension by which the calculation is steady and kept for a long time; the increase of wave amplitude is faster than the exponential increase according to the linear gravity theory; nonlinear propagation makes the horizontal perturbation velocity increase greatly which can lead to enhancement of the local ambient winds; the propagation path and the propagation velocity of energy are different from the results expected by the linear gravity waves theory, the nonlinearity causes the change in propagation characteristics of gravity wave; the ambient winds alter the propagation path and group velocity of gr