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.     

基于模式分离的瑞雷波频散曲线的计算

为了计算出更准确的瑞雷波频散曲线,利用F-K法分离相邻两道地震记录中所需模态瑞雷波的频散曲线,能较好地避免各模式波的相互影响。用相移法和S变换计算三层层状模型的瑞雷波频散曲线,并与理论值对比分析可知:相移法能较准确地提取多道地震记录中瑞雷波的频散曲线;利用S变换计算F-K分离后的所需模态瑞雷波的频散曲线,能有效地提高计算精度。在实际算例中验证了该方法的准确性。     

工程场地浅层剪切波速结构反演

目的反演工程场地浅层剪切波速结构,验证中美联合地脉动台阵观测记录适合应用于实际工程场地的浅层剪切波速结构.方法对唐山地区两个实际场地观测,从地脉动台阵观测竖向记录中提取了Rayleigh波相速度频散曲线,从地脉动台阵3分量记录中提取了Love波相速度频散曲线,采用Haskell矩阵计算理论的Rayleigh波和Love波相速度.结合遗传算法与单纯形结合的反演算法对唐山地区的两个具体场地浅层剪切波速度结构进行了反演,并与实际的钻孔资料进行了对比.结果场地1提取的相速度频散曲线与理论计算结果有一定的差别.场地2提取的相速度频散曲线与理论计算结果符合较好,场地2的剪切波速结构反演结果较好,与钻孔资料的平均误差均在20%以内.结论利用从地脉动记录中提取Rayleigh波和Love波相速度频散曲线,反演场地剪切波速结构效果较好,适用于实际工程场地的浅层剪切波速度结构反演.     

伪谱法地震波场数值模拟

从速度-应力弹性波动方程出发,利用基于快速傅立叶变换的伪谱法对地质模型进行波场模拟,旨在提高模拟的速度和精度.相应的方法可用于均匀介质和不均匀介质中地震波传播的模拟.模拟结果表明,伪谱法是一种有效的地震波数值模拟方法:易于实现,计算速度快、计算效率高,其计算速度是有限差分方法的数倍,能有效克服数值频散.     

层状介质中瑞雷面波的频散研究

为了提高计算的速度和稳定性以及发现不同算法之间的联系,将位移应力矢量的传递矩阵T的元素表示为实数量及无量纲量的形式,发现柱面瑞雷面波与平面瑞雷面波的频散方程形式可以完全一样;将Menke方法的传递矩阵F表示为三个五阶矩阵的乘积,发现Menke方法与δ矩阵法的频散方程形式可以完全一样;最后提出了一种快速稳定的标量传递算法,此算法进一步提高了计算速度。     

瑞雷面波勘探法的资料处理与解释

瑞雷波常称为面波。瑞雷面波勘探方法是一种新型的地球物理勘探方法,是近期发展起来的一种浅层工程地球物理新方法。瑞雷面波勘探法最基本的理论是其频散特性。当介质为半无限弹性介质时,在自由空间和弹性介质分界面上将会出现一种波,这就是瑞雷波。面波勘探法主要有稳态法和瞬态法,两种勘探方法的区别在于震源不同,前者是以一单频率的瑞雷波来获取速度曲线,而后者需要分析叠加在一起的瑞雷波。两种方法最后得到的结果相同,但实现的技术路径截然不同,表现出各自的特点。     

声波方程有限差分数值模拟的变网格步长算法

地震波场正演模拟是研究地震波在介质中传播特点的重要手段。常规的傅立叶变换法和有限差分方法在对含低速/高速介质、薄层/厚层介质的模型进行波场模拟时通常采用均匀网格,因此,这两种方法往往缺乏稳定性。本文对解决上述问题有较高优越性的变网格算法进行了介绍,对传统的有限差分法与变网格差分算法在内存需求、计算速率等方面的差别进行了比较,并对变网格算法中的边界条件、时间积分的快速展开算法进行了阐述,总结了变网格算法的优点。     

Rayleigh面波作用下盆地场地响应特性研究

以均匀弹性半空间解析Rayleigh面波作为波动有限元模型的入射场,计算分析了软、硬盆地介质参数、盆地尺寸等对Rayleigh面波地震动的影响规律,给出了盆地场地模型的Rayleigh面波地震图及其传播过程。主要认识有:1)沉积盆地介质由软变硬,对Rayleigh面波地表地震动的放大作用由大变小。2)盆地尺寸对Rayleigh面波地震动的影响,主要体现在对水平或竖向地震动走时的提前或滞后上。这与体波情形相类似。3)Rayleigh面波地震动作用下,软、硬方形盆地的"边缘效应"体现为地震动反应与周围介质有可观的差异;"盆地效应"体现为盆地介质不仅对地震动幅值有显著影响,而且会发现盆地边缘产生的在盆地区域内传播的多次反射波的存在,导致地震动持时的延长。     

界面缺陷对压电薄层复合结构中Love波的影响

基于剪切弹簧模型,建立考虑界面缺陷情形的弹性基底上覆盖压电薄层的复合结构中Love波的频散方程,并研究界面缺陷对Love波传播特性的影响,给出铝基底上覆盖PZT4压电薄层复合结构中Love波的频散曲线.数值结果表明:(1)对于长波情形,不同缺陷程度复合结构的Love波一阶模态的相速度均趋于弹性基底层的剪切波波速,而对于短波情形,则趋于压电薄层的Bleustein-Gulyaev(B-G)波波速;(2)界面缺陷的存在总是降低该复合结构内Love波的相速度,在一些特殊频率范围,Love波的相速度对界面缺陷非常敏感;(3)界面缺陷对压电层内的机械位移模态和电势模态有显著影响,且影响最大区域出现在界面附近.     

压电陶瓷片用于检测混凝土的波速和动弹模

将PZT压电陶瓷片直接粘贴在混凝土梁表面来产生和接收超声波，从接收的时域信号中能清晰分辨沿混凝土梁表面传播的纵波和Rayleigh波，并以此确定Rayleigh波和纵波在混凝土表面的传播时间和波速，再由Rayle。lgh波和纵波波速计算混凝土的动弹性模量和动泊松比。PZT片产生的沿表面传播的纵波和Rayleigh波用于混凝土内结构缺陷监测时，合适的频率范围分别为120～200kHz和50～110kHz，并且Rayleigh波波速在50～80kHz的频率范围内呈现出明显的频散特性，即波速随频率而变化。     

黏弹性层状介质中瑞雷波的本征值求解

为解决黏弹性层状介质中瑞雷波本征值求解中的漏根问题,提出了一种新的求解方法.通过分析以往方法中漏根和多根的原因,提出采用一系列初值虚部进行搜根后将结果合并,并去掉虚部大于实部的根.由此给出了本征值求解的流程图,在实例计算中采用此方法成功求解了黏弹性层状介质中瑞雷波的本征值.结果表明,在利用该方法在求解过程中不存在漏根和多根问题.在黏弹性层状介质中瑞雷波的本征值求解时采用搜根初值加密并剔除虚部大于实部的根的方法可以有效避免漏根和多根问题.     

瞬态瑞雷波在工程勘察中的应用

利用瑞雷面波的频散特性,在地表科学、快速、准确地测试出有效地质信息是可行的一种方法手段。本文介绍了以实测瞬态瑞雷波数据为基础,通过采用遗传算法全局非线性反演处理,对比钻探获取的地质信息,凸显了瑞雷波在工程勘察中查明地层速度、覆盖层厚度及重要地质现象（充填型溶洞、串珠状溶洞、碳质岩等）所取得的实际效果,并从瑞雷波曲线特征（频散特性、“之”字形拐点和曲率变化的位置）及反演真速度的大小等物性参数的角度出发,提出了瑞雷波分析的几个具体依据,强调了在应用瑞雷波法过程中需要重视的几个方面。     

考虑高阶模态时SASW法的反演

成层地基中的Ｒａｙｌｅｉｇｈ波存在多个模态．通常假定实测Ｒａｙｌｅｉ吵波弥散曲线为基模态［２，３］，然而对一般成层地基来说有时高阶模态的作用占主导地位．因此在利用表面波频谱分析法（即ＳＡＳＷ法）反演地基参数时，有必要考虑高阶模态的影响．本文通过轴对称情况下成层地基表面竖向位移解的Ｒａｙｌｅｉ沙波项，分析ＴＲａｒｌｅｉｇｈ波各模态所占能量的相对大小，并提出用Ｒａｖｌｅｉｓｈ复合波的复合弥散曲线来模拟实测弥散曲线，从而给出了考虑高阶模态作用时ＳＡＳＷ法的反演方法．     

瑞利面波勘探在坝体隐患探测中的应用研究

瑞利面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法,具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点,已在许多领域得到应用,并取得了良好的应用效果。瑞利面波是一类频率较低、能量较强的次生波,主要沿着介质的分界面传播,其能量随着与界面距离的增加迅速衰减。瑞利面波与反射波、折射波一样都含有地下介质的地质信息。本文介绍了瑞利面波的概念、工作原理及方法、频散特征、反演研究以及实际资料的应用等方面,用多道检波器测量来了解面波勘探在坝体隐患探测中的应用。     

基于S变换的瑞利面波频散分析

提取面波频散曲线是面波资料处理中最关键的一步。由于时频分析方法的局限,提出了利用S变换进行瑞利面波频散分析的方法,并给出了具体算法。该方法在时间-频率域中计算相邻两道面波记录同一频率的时间差,再利用道间距除以该时间差来得到该频率对应的相速度,这样避免了在道间距较大的情况下,传统的相位谱法可能造成相位差的缺陷。通过理论模型和实际资料对该方法进行了验证。结果表明,该方法能够提高瑞利面波频散曲线的提取精度,而且算法简单,具有一定的实用性。     

瞬态瑞利波法定量分析二维空洞的形状参数和位置

空洞的存在对地下工程质量有重要影响,有必要采取物探方法探测空洞的形状和位置。采用有限元法分析了瑞利波在含空洞介质中的传播特性,提出了定量分析空洞形状参数和位置的计算方法。根据入射瑞利波和反射瑞利波传播时间差确定空洞的水平位置,基于临界干扰频率法获得空洞的埋深,用能量衰减率法确定空洞的大小。结果表明：瑞利波沿介质表面传播过程中遇到空洞会发生反射和能量衰减,获得的空洞位置和形状参数相比实际值的误差较小,达到较高的精确度。通过案例分析验证了计算方法的准确性。     

有障碍物地基瑞利波频散曲线的特征研究

针对有障碍物地基瑞利波频散曲线难以准确识别的困难,采用有限元方法计算得到半空间地基中位移时域曲线,并将其转化为瑞利波的频散曲线,分析了半空间地基存在污水管道情况的瑞利波频散曲线特征。结果表明,位于障碍物前面的接收信号有反射波,而障碍物后面则基本没有反射波存在;传感器的位置和间距对计算的结果有较大影响。研究成果可为频散曲线的确定及地下障碍物的探测方法研究提供参考。     

多阶模态瑞利面波频散曲线的BP神经网络反演

瑞利面波勘探已经广泛应用于工程地质勘探和工程质量检测等领域中。瑞利面波勘探频散曲线反演解释时主要考虑基阶模态面波。当地层中含有软弱层以及表层为高速层时,在高频段高阶模态面波相对基阶模的能量更占优势。在瑞利面波勘探频散曲线反演解释中,必须考虑高阶模态面波的信息;在高阶模态面波占优势时,同时利用多阶模态组合频散曲线（包括基阶、二阶、三阶、四阶等）进行反演解释。本文通过对软夹层型和地表为高速层两种高阶模态面波能量较强的地层结构的理论和实测多阶组合模态频散曲线的反演研究,获得了比仅利用基阶模态面波解释更好的效果。     

综合地球物理方法在剑岭地区地面塌陷勘查中的应用

地面塌陷作为一种常见的地质灾害,给人民的生命和财产带来不可挽回的损失。广州市花都区赤坭镇剑岭村2006年8月发生部分地面塌陷、出现房屋裂缝,地球物理工作者接到任务后,及时赶赴现场,根据当时地面塌陷和开裂民房分布特征,进行构造地质、工程地质、水文地质调查和地质灾害勘查研究。采用高密度电法、探地雷达和瞬态瑞雷面波等综合物探方法,快速查明现有塌陷区的发展趋势和影响范围,居民区潜伏岩溶洞隙及其伴生土洞的分布情况、发育程度和发育规律。划分出危险地段,为地面塌陷地质灾害的防治提供技术支持,为政府抢险救灾、安置村民提供科学依据。