浅层高频瑞利面波群速度频散分析

面波多道分析法(MASW)是一种利用瑞利面波频散特征获得剪切波速垂直剖面的有效方法。除了少数MASW研究者利用面波群速度估计剪切波速外,大部分都是利用瑞利面波相速度频散估计剪切波速。在此,我们通过三个四层模型,其中分别包含一个低速夹层或一个高速夹层,首先来比较基阶瑞利面波相速度和群速度的敏感性。然后通过有限差分模拟生成合成数据。合成数据的群速度频散能量图是利用多重滤波分析法MFA生成的。最后我们结合实例,对高频面波群速度频散曲线进行反演。结果证明:①群速度的敏感性比相速度的高,并且可利用的频率范围比相速度宽,这对提高反演稳定性非常有用,因为对于一个稳定的反演系统,相速度的微小变化不能对反演的剪切波速产生较大影响;②如果基阶面波能量占主要成分,那么利用一道数据就可以得到群速度频散能量图,这意味着利用群速度频散分析可以大量减少数据采集时的炮点数,且水平分辨率也可以大大提高;③应用实例的检测资料证明,利用MFA法进行的群速度反演可以成功估测出浅地表的剪切波速。     

利用环境噪声互相关实现散射体无源成像

最近研究表明利用环境噪声的互相关可以恢复两点之间的时域格林函数(声脉冲响应),这一原理在文献中被称为格林函数恢复。基于此原理,通过对多个传声器所接收的环境噪声进行互相关处理,获取与散射体相关联的散射波的到达时延信息,结合最小二乘反演算法和改进克希霍夫移位算法,分别获得道路交通噪声场中石柱以及海浪噪声场中塑料桶的空间位置,且其估计结果与实际测量相一致。实验结果表明将环境噪声作为探测信号进行散射体无源成像是可行的。这为设计室内无源声监测系统以及通过海洋环境噪声实现对水中静默目标成像提供了新思路和有益参考。     

砂土小应变动力特性弯曲–伸缩元联合测试试验研究

近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲–伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲–伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲–伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 k Hz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲–伸缩元联合测试得到剪切模量G_0和侧限模量M_0,试验结果表明围压和孔隙比对G_0的影响程度均较对M_0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲–伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。     

f-k域内混凝土结构损伤的时间逆转成像算法研究

将频率波数(f-k)域的快速逆时损伤成像方法应用于混凝土结构损伤检测中。在f-k域内,基于纵波波动方程与格林函数获取了入射波场与逆转散射波场的解析表达式,利用有限元法模拟含损伤的混凝土结构中的超声波场,并得到散射回波,进而采用互相关成像条件评价混凝土结构损伤。该法成像速度比时域内已有时间逆转法提升约2个数量级。将时间逆转互相关成像结果与多重信号分类(MUSIC)法成像结果进行比较。结果表明,相比于多重信号分类法,时间逆转互相关成像法能提供更多损伤的几何信息。     

C#与Fortran混合编程在剪切波速测试中的应用

基于互相关函数和C#,Fortran混合编程开发单孔法剪切波速分析计算软件,借助C#强大的界面开发的平台,通过调用动态链接库的方法,以Fortran为计算内核,完成剪切波速的计算分析工作。充分利用两种编程语言的优势,突破自身的局限,避免资源的浪费,提高编程效率,实现了数值计算的可视化。在实际工程应用中,可以减少波速测试技术人员的工作量,提高工作效率及计算精度。     

饱和土剪切波速在基桩缺陷定量分析中的应用研究

在基桩缺陷定量分析中准确定量地描述桩土之间的相互作用是非常重要的。以黏滞阻尼器模拟桩土之间的相互作用,对6种饱和土进行了桩土相互作用模型试验和剪切波速试验。试验结果表明,可以对这些饱和土在土剪切波速与阻尼系数之间建立一致的相关关系。同样依据试验结果分析了试验阻尼系数和理论值的差别,得到了以剪切波速的函数表示的理论值修正系数。由桩身纵向振动响应解析解利用正交试验方法分析了阻尼系数、瞬态冲击力的脉冲宽度和幅值、桩弹性模量、桩密度、桩长以及桩截面积对速度波衰减过程的影响,确定了阻尼系数是影响速度波衰减的唯一显著因素,得到了速度波沿桩身的衰减规律。进而结合土剪切波速与阻尼系数之间的相关关系和桩身缺陷处的能量分配特性建立了利用土剪切波速和桩顶速度响应进行基桩缺陷定量分析的关系式。根据建立的关系式分析了利用剪切波速确定阻尼系数所带来的误差,结果证明由剪切波速最终得到的缺陷程度相对利用试验阻尼系数得到的结果误差一般在10%以内,所以利用剪切波速确定阻尼系数是可行的。     

公路工程瞬态激振无损检测技术

讨论了路面瞬态振动信号分析处理技术。对振动信号反演分析可获得下部路基结构的剪切波速。简述了瞬态面波数据处理的方法技术,针对目前数据采集时必须限制道间距在一个波长范围内存在的问题,提出了瞬态面波采集时道间距不受限制的数据处理技术。建立了4种路基密度与瑞雷波速度的相关模型,研制了最佳模型自动选取软件,讨论了压实度建立的标准,从而实现了路基压实度的检测。对振动信号进行频谱分析,可获得路面脱空状况的信息。对于路面存在脱空,其主频值通常小于50Hz。对路基加固处理后,其剪切波速将会提高。据此可通过对加固前后振动信号的测试,反演路基剪切波速值,实现对路基加固效果的评价。应用结果表明,该技术在上述几个方面可取得显著效果。     

地基土动力变形参数测试及数据处理

阐述了跨孔法中利用互相关函数计算地基土层的剪切(压缩)波速的数值方法,编制了计算程序,提高了波速计算的效率和精度.基于跨孔法波速测试数据计算了地基土动力变形参数(动泊松比、动弹性模量、动剪切模量),并应用于工程实践.     

空间谱估计在Lamb波的结构损伤检测中的应用

考虑到阵列信号处理中空间谱估计能得到信号的波达方向的特点,本文将空间谱估计引入到基于Lamb波的结构损伤检测中。选择了最具代表性的多重信号分类算法进行分析,利用其对波达方向的估计对损伤进行定位。首先介绍了多重信号分类算法的特点及Lamb波的基本原理,然后通过在铝板上开小孔模拟损伤进行仿真。选取结构上布置的传感器阵列中的一个压电片激励Lamb波,随后收集阵列中所有传感器的波信号,对接收信号采用多重信号分类算法进行波达方向分析,可以从中比较准确地估计出结构损伤发生的角度,仿真结果表明空间谱估计中对波达方向的估计可以应用于结构的损伤检测中。     

一种借助振动台测定土体剪切波速的新装置及试验验证

为了研究桩基加固前后地基土剪切波速的变化及大小,借助于振动台、压力传感器、动态采集系统等设备发明了一套在室内测定土体剪切波速的新装置.该装置只有振动方向的剪切波,不存在其他形式波的干扰,具有操作方便、简捷,计算直接、简单的优点,可以有效地减小试验所带来的误差.利用该装置分别对天然地基土和9桩加固地基土的剪切波速进行了试验测试,计算结果和相关文献得到的结果相近,进一步验证了该装置测试土体剪切波速的可行性.桩基加固后地基土的剪切波速相比天然地基有所提高,土的抗液化强度增强.     

矿震P波到时拾取优化与降低震源定位误差应用研究

多通道微震监测系统采用的定位算法一般是基于P波到时与等速度模型,P波到时拾取的准确与否直接影响着定位精度的高低。然而由于地震波传播衰减与应用环境背景噪声的原因,参与定位的一些通道信噪比偏低,P波到时拾取的随意性较大,导致震源定位结果与实际震源位置相差较大,影响了在矿山的实际应用效果。简要介绍了震源定位方法并开发应用了基于小波理论的离散信号滤噪程序,通过对原始信号进行小波分解、给定阀值与重构处理后,提高了原始信号的信噪比,显著地提高了P波到时拾取准确度。结合某矿山特大采空区采场冒顶实例,应用基于小波理论的信号滤噪方法对信噪比偏低的通道进行了滤噪处理,重新优化拾取了P波到时。所得到的定位结果,与处理前相比,定位误差从47~94 m减小到14~23 m,大大提高了微震监测在矿山的实际应用效果。 方法1的P波到时/ms 方法2的P波到时#br# /ms 方法1 方法2     

基于粒子群算法的岩体微震源分层定位方法

 针对微震经典定位法速度模型给不准和联合定位法震源位置、发震时间和微震传播速度相互关联,解不唯一的问题,提出一种微震源定位分层处理方法,先对微震信号进行消噪、分波、到时修正和劣质信号剔除等一系列处理,初步获取正确的有效信号;然后以相邻两传感器监测到时之差与计算到时之差的残差平方和最小为目标,利用粒子群算法,识别微震源位置和速度模型;接着,根据识别到的微震源位置和速度模型,以传感器监测到时和计算到时的残差平方和最小为目标,直接求解微震源发震时间的解析解;最后,再次结合矿山实际开采现状反分析有效微震信号选取的正确性和微震源定位的准确性,必要时再次对微震信号进行处理和定位,较好地解决经典法速度模型给不准和联合法解不唯一的问题。与经典法相比提高了微震定位精度,与联合法相比提高收敛速度和解的稳定性;关联性分析表明某些震源坐标在使用分层法定位时和速度具有一定的关联性,并给出震源坐标和速度相互关联的必要条件和相互关联的几个特殊位置;算法性能分析表明为了进一步提高算法的收敛速度、定位精度和解的稳定性,传感器布置要尽量：(1) 使重点关注的区域位于传感器阵列之内,且距离传感器尽量近,(2) 避免可能发生微震的震源处于能使震源坐标和速度相互关联的位置上。现场爆破试验进一步验证微震源分层定位方法的可行性;最后讨论几种速度模型的选取,分析几种速度模型的优劣及工程应用的可能性。     

干砂饱和砂小应变剪切模量共振柱弯曲元对比试验研究

通过对2种洁净的干砂与饱和砂进行弯曲元与共振柱对比试验研究,得出了可靠的弯曲元剪切波传播时间确定方法,并对饱和砂土弯曲元与共振柱试验结果的偏差进行解释。不同频率激发信号对弯曲元剪切波速传播时间的研究证实,剪切波速随激发频率的增大而增大,采用激发频率为10kHz的初达波法与共振柱试验得到的结果具有较好的一致性。饱和砂土弯曲元与共振柱试验剪切波速结果相差6%～10%,可通过饱和砂土中剪切波速的弥散性对其进行解释。大部分洁净砂在弯曲元试验中激发频率一般大于特征频率,均需考虑剪切波速的弥散性。而对于天然砂土或粉土一般具有较高的特征频率,其弯曲元试验中一般不考虑剪切波速的弥散性。为洁净砂和天然砂土饱和土样的弯曲元测试提供有效方法。     

工程尺度下微震信号及P波初至自动识别AB算法

 为提高工程噪音环境中低信噪比微震信号的自动识别率及其P波自动拾取准确率,结合Allen算法能快速自动拾取震动信号的优点及Bear算法善于拾取低信噪比震动信号P波初至的优势,在Allen算法的基础上,引入Bear算法的加权因子和特征函数,对Allen算法进行改进,提出适用于工程尺度的微震信号及P波初至自动识别的AB(Allen coupled with Bear algorithm)算法。分析AB算法对信号振幅或频率变化的敏感性以及拾取效果,结果表明：(1) AB算法能准确识别微震信号也能同时准确自动拾取信号的P波初至;(2) AB算法的加权因子K、特征函数CF, 值对频率和振幅变化的敏感性高于Allen算法;(3) AB算法对振幅变化比对频率变化敏感;(4) 工程尺度下AB算法微震信号的拾取率高于Allen算法,且P波自动拾取准确率也高于Allen算法。将AB算法用于分析锦屏深部地下实验室实测微震信号：对于弱信号,基于AB算法拾取结果进行微震源定位,定位结果具有更高的可靠性与稳定性;AB算法是一种行之有效,计算简单,适合实时监测微震信号识别及其P波初至拾取。     

随机场理论在抗剪强度指标统计中的应用

 根据土力学关于地基承载力等课题的基本假定,土的抗剪强度指标是描述均匀土体平均强度趋势的参数,统计时应计算其一定空间范围的均值及其均值方差,因而有必要将随机场理论引入抗剪强度指标的统计方法,并考虑土性指标的自相关性及互相关性。以抗剪强度指标的传统统计方法为基础,结合随机场理论,提出抗剪强度指标的随机场统计方法,在抗剪强度指标统计时既考虑单个指标的自相关性,又考虑指标之间的互相关性;并且不必分别研究c,tanj 的自相关函数及互相关函数,而是通过回归直接得到其均值方差,使计算大为简化。最后,通过天津新港的工程算例,进一步说明用此统计方法得到的可靠度指标与工程的实际安全程度相对应,且较传统的统计方法更为合理。     

基于小波理论对混凝土损伤特性的试验研究

针对几种不同强度等级的标准混凝土立方体试块进行了冲击加载试验,对冲击荷载作用后混凝土的损伤特性进行探索性研究。研究表明:冲击载荷作用下不同强度混凝土损伤变化幅值不同,其内部损伤表现出各向异性,混凝土强度越大抗冲击能力越强;利用超声波波速来描述材料内部损伤,并由小波变换消噪方法对超声波信号处理后,首波到达时间(声时)的判读既准确又合理;超声波信号经小波分解后各频段能量分布规律随损伤变化有较明显的变化,采用某一频段能量分布描述损伤,表明能量比声速对损伤更敏感。     

A Method for Received Waveform Reconstruction Based on Bender Element Test Using Frequency-swept Signal

An experimental technique for reconstructing the received wave of bender element tests based on linear system theory is shown in this paper. In order to identify the frequency response of testing apparatus, bender element tests using frequency-swept signals are performed. Received waves for one-period sine pulse transmitting with various frequencies are calculated and compared with observed waves in several kinds of soil samples and testing apparatuses. The linearity of the testing system is also confirmed by coherence function. It is shown that calculated data are less affected by random noise and show good agreement with observed data in regards to not only waveform itself but also resulting shear wave velocity. It is mentioned that this technique can provide simulations for arbitrary transmitted waveform with high signal/noise ratio after laboratory tests are performed. It is also mentioned that this technique is advantageous when sufficient amplitude of received wave cannot be ensured or shear wave velocity must be verified, for example, due to uncertainty of arrival time by near-field effect.     

土石混合介质中石料间隙土压实度剪切波速评价研究

采用室内重型击实试验的方法,分别对砂土、粉质黏土、低液限黏性土3种土样的纯土试件和土石混合试件进行了不同含水率、不同含石量情况下试件剪切波速对比试验。引入体积膨胀率
,通过分析
与细粒土剪切波速及
与混合料剪切波速的相关关系,建立土石混合介质不同压实程度时,石料间隙土剪切波速与混合料宏观剪切波速相关性模型。结果表明：石料间隙土剪切波速可由混合料宏观剪切波速推定。研究结果将为采用石料间隙土剪切波速评价混合料压实程度测试技术提供依据。     

地质雷达信号分析的双正交小波预测反褶积法

为了降低电磁波衰减、噪声干扰等因素对地质雷达检测效果的影响,提出一种双正交小波预测反褶积法(PDBW法)。在PDBW法中,针对地质雷达检测信号选取具有最小重构误差的双正交小波基,运用该小波基将地质雷达检测信号分解成不同频段的时域子信号,对各频段的时域子信号进行预测反褶积等滤波处理,再对处理后的子信号进行重构变换,得到PDBW法的处理结果。将PDBW法用于实验检测信号处理,并将处理结果与预测反褶积法的处理结果进行比较,结果表明:PDBW法能有效压制多次回波干扰,准确识别深部信号,显著提高深部信号信噪比,从而进一步改善地质雷达探测分辨率和图像分析的准确性。     

某高校主楼工程打桩前后的波速对比测试

讨论了打桩对场地类别的影响和减轻震害的机理。通过对淮阴工学院主楼地基在打桩前后的场地剪切波速对比测试,发现打桩有改变场地类别的可能,建议《规范》^[1]增加对打桩建筑特别是打桩较密的高层建筑在打桩后,应再次进行剪切波速测试并对比场地类别的改变等内容,从而提高工程设计的经济效益和社会效益。