瑞雷波在软弱地层中传播特征的模拟分析研究

发布时间：2017-04-20 12:12

  本文关键词：瑞雷波在软弱地层中传播特征的模拟分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,国内的地震检波器研发工作大都还停留在实验室研发阶段,还没有成熟的产品投入到实际应用当中,而国外的地震检波器技术成熟,随着数字集成电路的发展,地震检波器正向着全数字化、无损传输的方向发展。引进MEMS数字检波器需要耗费大量资金,所以为了紧跟世界先进的传感技术,我国必须自主研发MEMS数字检波器技术,这对于提升国内装备制造水平和道路工程安全检测的技术水平具有重要的社会和经济意义。为了使数字检波器检测的数据正确的显示地层结构,就必须先开展瑞雷波的正演研究工作,正演指的是根据已知土层介质的性质通过理论计算,求出瑞雷波传播的理论数值或理论曲线。既瑞雷波的正演为反演奠定理论基础,有利于提高反演速度和反演精度。本文主要研究瑞雷波在存在软弱覆盖层、软弱夹层以及地下空洞的地层中传播,波的传播特性与地层结构的相互关系。研究先采用有限差分软件FLAC3D和MATLAB对瑞雷波在存在软弱覆盖层、软弱夹层的地层中的传播进行数值模拟,然后采用有限差分软件MATLAB对瑞雷波在存在空洞的土层中的传播进行数值模拟。分别考虑了(1)软弱覆盖层的横向软硬分布对瑞雷波的时域信号的影响;(2)软弱覆盖层的纵向软硬分布对瑞雷波频散曲线的影响;(3)软弱夹层的纵向软硬分布对瑞雷波时域信号以及频散曲线的影响;(4)地下存在空洞时,有无空洞以及地下空洞的深度对瑞雷波频散曲线的影响。通过数值模拟研究取得以下研究成果:(1)对于软弱覆盖层,瑞雷波的时域信号中同相轴略陡。软弱层覆盖层越厚,面波的波速越低,瑞雷波的能量消耗越快;瑞雷波传播的时域信号如果同相轴发生转折,则测试区域地层横向不均匀,横向软硬分区的分界线就在同相轴转折处。(2)对于软弱覆盖层,瑞雷波频散曲线上VR呈现总体下降趋势,在低频段VR下降速度非常快,但是在高频段VR基本保持不变。(3)对于存在软弱夹层的情况,软弱夹层的厚度变化对时域信号的影响很小,从时域信号很难判定软弱夹层的分布情况;对于软弱夹层,覆盖层厚度一定,瑞雷波频散曲线上随着软弱夹层厚度的增加,相速度在拐点处的值会变小;在软弱夹层厚度一定的情况下,覆盖层厚度对瑞雷波传播(VR ?)曲线的中段频率的相速度VR影响比较大,起跳点处瑞雷波相速度VR随着地层表层厚度的增加而增加。(4)在存在地下空洞的的地层模型中,瑞雷波的频散曲线分为三段,不是连续的曲线。瑞雷波的频散曲线第一条分段线的横坐标随着空洞距离地表距离的增加而增大。以上认识将为瑞雷波在软弱地层中的反演奠定理论基础。
【关键词】：软弱地层 瑞雷波 数值模拟 时域信号 频散曲线
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 地震波无损检测设备现状10
• 1.2 地震波无损检测设备的发展趋势：10-11
• 1.3 开发一种全新数字化无损检测设备的意义11-13
• 1.4 基于MEMS的数字地震检波器简介13-14
• 1.5 波各种介质中传播规律和特征研究方法14
• 1.6 论文的主要内容14-15
• 第二章 瑞雷波检测软弱不良地层的基本原理15-28
• 2.1 弹性波在各向同性均匀介质中的传播15-18
• 2.2 瑞雷波的传播及其质点振动特点18-19
• 2.3 瑞雷波的相速度、群速度19-20
• 2.4 瑞雷波方程20-21
• 2.5 瑞雷波的频散特征21-22
• 2.6 瑞雷波的正演22-24
• 2.6.1 瑞雷波频散曲线正演模拟研究22-23
• 2.6.2 瑞雷波地震波场正演模拟研究23-24
• 2.7 软弱不良地层瑞雷波测试基本理论24-27
• 2.8 本章小结27-28
• 第三章 瑞雷波的波场数值模拟28-38
• 3.1 各向同性介质中的弹性波动方程的建立28-30
• 3.1.1 平衡微分方程28-29
• 3.1.2 几何方程29
• 3.1.3 本构方程29-30
• 3.2 各向同性介质一阶速度一应力弹性波方程30-31
• 3.3 有限差分方程的建立31-34
• 3.3.1 有限差分法步骤31-32
• 3.3.2 时间方向的离散32
• 3.3.3 空间方向的离散32-34
• 3.4 稳定性条件34
• 3.5 震源的选择34-35
• 3.6 边界条件35-37
• 3.6.1 自由边界条件35-36
• 3.6.2 吸收边界条件36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第四章 软弱覆盖层瑞雷波传播特征分析38-50
• 4.1 软弱覆盖层横向存在软硬分区的时域信号分析38-43
• 4.2 软弱覆盖层纵向存在软硬分区的时域信号分析43-45
• 4.3 软弱覆盖层纵向存在软硬分区的频散曲线分析45-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 软弱夹层瑞雷波传播特征分析50-60
• 5.1 软弱夹层瑞雷波传播的时域信号分析50-52
• 5.2 覆盖层厚度一定，软弱夹层厚度对频散曲线的影响52-55
• 5.3 夹层厚度一定，覆盖层厚度对频散曲线的影响55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 含空洞地层瑞雷波传播特性研究60-67
• 6.1 有无地下空洞对瑞雷波频散曲线的影响60-63
• 6.2 地下空洞深度对瑞雷波频散曲线的影响63-65
• 6.3 本章小结65-67
• 结论与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读学位期间取得的研究成果73
• 作者在攻读硕士学位期间发表的相关论文目录73
• 作者在攻读硕士学位期间申请的相关专利目录73

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本文编号：318679