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。     

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.     

基于SVD算法的瑞雷波频散曲线的快速稳定反演

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。     

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.     

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。     

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.     

Lamb波频散曲线的数值计算及试验验证

Lamb波的频散曲线是进行超声Lamb波无损检测的重要依据.本文对Rayleigh-Lamb方程进行了分析,给出了无限大板中Lamb波频散曲线的数值计算方法,通过Matlab 软件对求解过程进行编程,绘制出Lamb波在铝板中传播的相速度和群速度曲线,并通过试验进行了验证,对推广应用Lamb波进行无损检测具有实际意义.     

久期函数值作为目标函数的瑞雷波频散曲线反演

传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别。然而,当地层中含有低速软夹层或高速硬夹层等复杂结构时,频散曲线可能会出现“模式吻合”和“模式跳跃”等现象,极易造成模式误判,进而导致错误的反演结果。为了解决多模式频散曲线反演的“模式误判”问题,本文基于“久期函数”构建应用于瑞雷频散曲线反演的新型目标函数,该目标函数不需要进行预先的模式判别。另外,使用随机权重的粒子群优化算法,使优化算法在全局和局部搜索方面的能力更均衡。结合新型目标函数与随机权重的粒子群优化算法对数值模拟数据与实际工程数据进行处理,所得到的各阶频散曲线具有较高的拟合度,从而可以得到准确的地层横波速度结构。结果表明,基于久期函数值的新型目标函数可以有效解决“模式误判”问题,具有可行性。     

双相介质与流体平面分层时的Stonely波

本文对双相介质与流体介质平面分层情况下的 Stonely 波作了理论分析和计算。导出了关于 Stonely 波复波数的频散方程,在低频城内对此频散方程进行了数值求解,得到频散曲线和衰减曲线及偏振特性。结果表明:(1) 低频域内存在轻微的负频散;(2) 具有强衰减性,衰减系数与频率、孔隙度和渗透系数间存在敏感的增函数关系;(3) 固相质点的偏振特性与均匀弹性固体自由界面上的瑞利波的偏振有某些类似之处;(4) 流体半空间内压力波的振幅随深度单调衰减。     

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.     

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。     

瞬态瑞雷波法在滑坡勘查中的应用及其效果评价

瞬态瑞雷波法是一种新型物探方法,其勘探实质是：通过测量不同频率的瑞雷波的传播速度,来探测不同深度（距离）的岩土力学性质,进而分析、判断地质异常。本文介绍了瞬态瑞雷波法的原理及其相应的数据处理和解释方法。通过面波的频散曲线可对浅部地下岩层进行速度分层,并通过瑞雷波速度转化为横波速度,分析岩土的性质及介质的变化,并且还可调查地层中的软弱夹层、地下空洞等。与折射波勘探相比,面波法反演地层具有其无可比拟的优点,将该方法应用于地质灾害调查可达到较好的效果。文中结合二连浩特至广州国家公路湖南永州境内的一滑坡勘查实例,展现了面波勘探在滑坡调查中的可行性、有效性和勘探优势。     

多次覆盖观测系统在瑞雷波勘察中的应用

在工程勘察领域经常用到瑞雷波勘察,目前的主要方法是基于单炮的多道瞬态瑞雷波法,这种方法的观测方式是一维的,出来的频散曲线主要是多道计算的平均效果,勘探精度较低。本文主要系统介绍多次覆盖观测系统在瑞雷波勘察中的应用,并对这种方法的原理和观测系统详加分析。最后结合实例得出多次覆盖观测系统勘探精度较高的结论。     

互相关法在瑞雷波数据处理中的分析与应用

如何提取准确可靠的频散曲线是瑞雷波勘探技术关键问题之一。互相关法是众多提取方法中一种行之有效的方法。对瑞雷波数据处理中互相关法应用的基本原理与应用效果做了深入分析,通过使用滤波和相关系数阀值等措施加强数据质量约束,最终得到频散曲线。利用该方法对一个实际水闸口模型进行计算,应用效果良好。结论表明在野外条件较好的情况下,该方法可提高横向分辨率和经济效率。     

对缺失频段的瑞雷波频散曲线反演的误差分析

在实地勘测调查中获得的瑞雷波频散曲线具有先天的不完整性,存在部分频段受干扰或缺失等情况。通过分析频散曲线的敏感度,来说明地下不同深度地层的横波速度对不同频段数据的敏感程度。本文对一个层状介质模型的频散曲线分别截取1~30Hz,11~100Hz,1~10Hz及41~100Hz的正演数据用于反演,误差分析表明:当丢失敏感区域数据时,反演得到的对应层的速度误差较大;若获得完整的敏感区域数据,可以提高反演精度。这个结果在实地勘测调查中,有利于对数据采集的侧重点。     

用频率-波数法分析瑞利波频散曲线

传统的表面波谱分析方法(SASW)采用两道互相关方法处理频散曲线,这种方法难以获取多模式的频散曲线。本文采用频率-波数(f-k)分析方法对瑞利波多模式频散曲线进行了研究和分析,选取了实际中经常碰到的三种分层介质模型,利用数值模拟方法对瑞利波的激发和传播特性进行了深入的研究,详细分析了接收道数目、源检距等参数对频散曲线的影响,获得了关于这些参数的一些重要结果,发现当源检距大于半波长(0.5λ)时利用f-k分析方法可以得到可靠的频散曲线。     

瑞雷波在探测地下防空洞的应用研究

瑞雷波作为一种新的地球物理勘探手段,已经在各个方面得到了广泛地应用。瑞雷波勘探的方法主要有两种,即瞬态法和稳态法。瞬态法因其施工方便、快捷得到了广泛应用。本文介绍了瞬态瑞雷波法探测地下防空洞的基本原理,提出了一种改进的方法。该方法利用相邻道的同一频率的瑞雷波的相位差,计算出该频率的瑞雷波在相应的勘探深度下的平均波速。在探测防空洞时,该方法比其它的方法具有明显优点,即施工方便,并能在一条测线的范围内准确清楚地看到频散曲线的跳跃,从而判断出防空洞的位置。通过一个具体勘探实例,验证这一方法的探测效果。     

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。     

利用压电导波层状管道结构的损伤识别

目的绘制层状管道结构导波的频散曲线,提出一种利用压电超声导波层状管道结构损伤识别方法.方法利用Navier方程及边界条件建立频散方程并进行数值求解,分别绘制出空管和充液两种情况下的导波频散曲线.为了验证理论分析结果,利用压电导波试验方法,对一个长2 m的层状空管和层状充液管道中的人工周向缺陷进行识别.结果导波的频散和衰减程度较弱的L(0,1)模态适合于层状充液管道中的损伤识别.随着导波频率的增加,频散效应逐渐增加,损伤识别能力也逐渐下降.对于充液管道,导波能量会通过液体中传播,降低损伤识别的精度.结论在对层状充液管道进行损伤识别时,应根据频散、衰减和导波结构等传播特性选取合适的纵向模态.利用压电导波进行层状管道结构损伤识别是十分有效的.     

超声导波在管道中传播的数值模拟

为了研究超声导波在管道中的传播特性并从中选择适合于无损检测的导波模态,在弹性动力学理论基础上,分析了超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性;通过编程数值计算了超声导波在管中传播时的频散曲线和各模态沿管壁的位移分布;利用数值计算结果以及Fourier分解法,模拟了导波在管道中的传播现象,获得各个模态在传播一定距离后的时域波形.结果表明,在特定频率下,L(0,2)模态导波频散现象较小、传播速度最快,是管道缺陷无损检测的理想模态.数值模拟结果与理论分析相吻合,并且证明此种Fourier分解法可以有效地模拟管道中超声导波的传播特性.