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。     

利用Love波弥散特性对有关土参数的反分析

本文利用阻尼最小二乘法推导了Love面波法反分析成层地基中土的有关参数的公式。文献[1]利用有限元与半无限元相结合的方法已能精确有效地求解成层地基中Love面波的理论弥散曲线。在此基础上,本文给出了利用实测的Love面波的弥散曲线反分析土层参数的方法,并编制了相应的计算机程序。最后,通过计算实例验证了本文方法的可靠性和实用性。     

分离高阶模态面波的τ-p变换方法

用瞬态面波方法提取基阶模态面波频散曲线进行资料解释时,高阶模态面波为干扰波.根据高阶面波和基阶面波的群速度差异,应用Τ-p变换方法压制地震记录中的高阶模态面波.为研究Τ-p变换压制高阶面波的效果,模拟了2种高阶面波能量较强的地层模型的波形记录,应用Τ-p变换压制高阶面波,获得了基阶模态面波频散曲线.对地层中含有软弱层的实测数据进行Τ-p变换法分离高阶面波,较好地压制了高阶面波的影响.对理论模型和实测数据的应用效果表明,Τ-p变换方法压制高阶模态面波方法简单易行.     

高阶模态面波在软弱薄层探测中的应用

面波勘探在浅地层波速测试及速度分层工作中取得了较好的地质效果．在一般情况下主要利用面波的基阶模态．有低速薄层存在时,瑞利面波的能量不仅分配在基阶面波中,有些高阶模态的面波还具有较高的能量,高阶模态面波的高能量反映了低速层的存在．在以高能量为标准的方法合成频散曲线时,各阶面波的综合作用使频散曲线上出现“之”字形特征．根据这些特征可以确定软弱薄层的空间位置．在实测资料解释中,注意利用高阶模态面波。取得了较好的地质效果．证明地震瞬态面波法对低速薄层有较高的探测能力。     

分离高阶模态面波的τ－ｐ变换方法

用瞬态面波方法提取基阶模态面波频散曲线进行资料解释时,高阶模态面波为干扰波。根据高阶面波和基阶面波的群速度差异,应用τ－ｐ变换方法压制地震记录中的高阶模态面波。为研究τ－ｐ变换压制高阶面波的效果,模拟了２种高阶面波能量较强的地层模型的波形记录,应用τ－ｐ变换压制高阶面波,获得了基阶模态面波频散曲线。对地层中含有软弱层的实测数据进行τ－ｐ变换法分离高阶面波,较好地压制了高阶面波的影响。对理论模型和实测数据的应用效果表明,τ－ｐ变换方法压制高阶模态面波方法简单易行。     

瑞利面波最大模频散曲线的反演解释方法

讨论了高阶模态面波位移幅度占优势并由于高阶模态面波的影响、难以提取完整的基阶模态面波的频散曲线的情况下,利用"最大模"频散曲线进行反演解释的必要性.对软夹层型和地表为高速层两种高阶模态面波位移幅度较强的地层结构的理论和实测"最大模"频散曲线进行反演研究,获得了比仅利用基阶模态面波解释更好的效果.同时还讨论了初始模型建立和反演方法等问题.     

Rayleigh面波法原理的数值模拟

本文利用有限单元法建立了平面内地基的动力刚度矩阵，可用于计算匀质和非匀质土的动力响应．利用动刚度法，本文计算分析了复杂地基中地质表面点的竖向位移Ｗ１（ｋ）与波数ｋ，以及表面位移相位角与水平距离Ｘ的变化关系，并进一步用此讨论Ｒａｙｌｅｉｇｈ面波法所测相速度及弥散曲线的可靠性和精确性．     

横观各向同性成层地基中Love波弥散特性

本文利用有限单元法及解析法推导了横观各向同性土中Ｌｏｖｅ面波的弥散曲线及位移分布的计算公式，对横观各向同性地基中Ｌｏｖｅ面波的弥散特性及位移分布规律进行了讨论，并与各向同性地基Ｌｏｖｅ面波弥散曲线进行了比较。     

考虑变形协调的刚性基础复合地基沉降计算

针对当前求解刚性基础下复合地基沉降变形时较少考虑桩土间变形协调的情况，在对若干试验结果分析的基础上，提出了刚性基础下复合地基桩侧摩阻力分布形状的假定，然后分别用荷载传递法、Mindlin解答和弹性力学解答分析了单桩模型中桩体和桩间土的沉降变形，通过桩顶位移变形协调条件建立了求解方程，编制了相应的计算程序，该方法可利用现场实测荷载～沉降曲线进行计算参数的优化反演，因此具有较强的实用价值。最后，用该法对某工程实例进行计算分析，计算结果和实测值吻合较好。     

成层地基中Love波的弥散特性

本文结合有限元法与半无限元法研究了成层地基中土层的剪切波速度,质量密度和厚度对Love波速度弥散曲线以及相应的位移分布的影响。考虑到土的粘滞性,本文进一步讨论了阻尼比对Love波速度的弥散性及位移分布的影响,得到了一些有价值的结论。     

瑞雷波勘探的f-k域能量最大模方法

瑞雷波的频散特性已在地震勘探及工程勘察等领域得到了大量应用,但目前存在一些问题亟待解决,例如当层状介质中存在低速层时,提取的频散曲线会发生"之"字形回折,利用传统的基阶模反演不能得到正确的结果.本文主要针对"之"字形频散曲线问题,提出f-k域能量最大模的概念,并成功地将最大模应用于频散曲线的f-k域提取及对地层结构的反演分析.通过反演模拟以及实测数据发现,最大模方法可以较好地解决基阶模反演所不能解决的"之"字形频散曲线反演问题.     

浅层地震多阶模态瑞利面波的位移幅度特征

研究了地层速度随深度递增型、地层中有硬层或软夹层型、表层为高速的公路型等4种地层结构在15 m深度内,瑞利面波各阶模态的位移幅度分布特征、多阶模态面波的理论频散曲线特征以及不同地层结构上的"最大模"面波频散曲线的特征.这些特征的研究有助于提高面波资料解释的准确性,在高阶模态面波占优势时,判断地层结构的类型,设计合适的反演初始模型,并有助于利用多阶模态瑞利面波解决复杂的地质问题.     

软弱夹层瑞雷面波频散曲线特征

当瑞雷波在层状介质半空间中传播时,可以证明除了瑞雷面波以外,会出现多个模式的导波,特别是在有低速的软弱夹层情况下。利用基于基模式瑞雷波理论,实际解释工作中常常会出现问题。论文针对这些问题,对含低速夹层的三层模型的瑞雷波相速度频散曲线进行了正演计算,描述了频散曲线特征与介质参数的关系,并对其特征进行了归纳,指出了在实际工作中需注意的问题。     

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。     

瑞雷波频散曲线的分模态提取与联合反演

瑞雷波在层状介质中传播具有频散特性,利用地震记录中的面波信息,提取面波的频散曲线,反演可以建立近地表的横波速度结构模型.本文建立了一个理论地质模型,理论合成面波地震记录,研究了频率波数域中而波频散曲线的分模态提取,并利用等厚分层阻尼最小二乘反演方法对面波各模态的频散曲线进行了分模态反演和联合反演.反演结果表明:瑞雷波基阶频散曲线的浅层(＜10m)反演结果与理论模型吻合最好,一阶高阶频散曲线在15～30m的反演结果与理论模型吻合最好,联合反演在整个深度范围内都可以很好的吻合理论模型,且反演结果的相对误差要低于分模态反演.     

Rayleigh波频散曲线两种计算方法的对比

采用两种假定的层状土介质模型,通过快速标量法和薄层刚度法分别计算Rayleigh波的频散曲线,包括两层介质和三层介质两种地基土模型,分析对比了层状介质土Rayleigh波的频散特性,发现在低频阶段薄层刚度法计算效果优于快速标量法,在高频区域二者差别不大。     

双相介质半空间中瑞利波的研究

应用Biot弹性波理论对双相介质中的瑞利波作了分析和计算,导出了复波数的频散方程和位移场失量的解析表达式.在一定介质参数范围内对频散方程进行了数值求解,得到频散曲线和衰减曲线.(1)在地震波频域内存在轻微的负频散,高频区域则有较强的正频散;(2)衰减因数随频率、孔隙度和渗透系数的增大而迅速增大;(3)对某一确定介质存在一相应的反转频率f_t,当频率小于f_t时,固相质点的偏振呈现完全相同的规律,偏振特性与频率及介质参数无关,偏振轨迹为沿波传播方向的前进型椭圆,频率大于f_t时,偏振特性与弹性半空间中的瑞利波有某些类似之处.     

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。