發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 18:28

　　 近年來(lái),關(guān)于均勻介質(zhì)模型、層狀非均勻介質(zhì)模型的瑞利面波的理論研究取得了較大的進(jìn)展,然而巖土工程實(shí)際中最為常見(jiàn)的橫向非均勻介質(zhì)模型的理論研究卻鮮有成果。這類(lèi)模型由于建模復(fù)雜,不存在理論解析解,實(shí)際研究中遇到的困難較多,因此針對(duì)橫向非均勻介質(zhì)模型的研究較少,更缺少系統(tǒng)的物理模擬研究。論文采用物理模擬研究手段,針對(duì)橫向非均勻介質(zhì)模型,展開(kāi)了系統(tǒng)的研究,主要有以下幾方面的研究?jī)?nèi)容。(1)瑞利面波基礎(chǔ)理論的分析和研究。主要分析了均勻介質(zhì)和層狀非均勻介質(zhì)條件下瑞利面波速度頻散和橢圓極化率頻散的解析計(jì)算方法。研究和分析了多道瑞利面波速度頻散分析方法中的傅里葉變換、τ-p域變換等常用方法和單道矢量面波橢圓極化率頻散分析的H/V譜比法。(2)超聲和聲電地震物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究。依據(jù)超聲地震物理實(shí)驗(yàn)理論和聲電效應(yīng)理論,利用超聲換能器、聲發(fā)射儀等儀器開(kāi)展了瑞利面波的物理模擬實(shí)驗(yàn),基于超聲和聲電地震物理模擬的基本原理、和虛擬儀器技術(shù),研究和搭建了瑞利面波物理模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。(3)瑞利面波速度頻散物理模擬研究�；�于多種不同的介質(zhì)材料(花崗巖材料、人造凍砂材料)均勻介質(zhì)模型和橫向非均勻介質(zhì)模型,分別采用聲聲測(cè)量和聲電測(cè)量方式對(duì)點(diǎn)源瑞利面波速度頻散特性進(jìn)行了物理模擬研究。(4)瑞利面波橢圓極化頻散物理模擬研究。基于人造凍砂的均勻介質(zhì)模型和橫向非均勻介質(zhì)模型,采用聲聲測(cè)量方式對(duì)點(diǎn)源瑞利面波橢圓極化率頻散特性進(jìn)行了物理模擬研究,并對(duì)速度頻散與橢圓極化率頻散的橫向分辨率進(jìn)行了比較研究。通過(guò)以上研究,取得了以下的主要研究成果:(1)瑞利面波的接收換能器研制。在分析瑞利面波超聲地震物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的現(xiàn)有超聲換能器的弊端基礎(chǔ)上,研制了共點(diǎn)的三分量超聲接收換能器和基于聲電效應(yīng)的抗干擾能力強(qiáng)的可視為點(diǎn)狀的接收電極。奠定了本文瑞利面波物理模擬的實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)。(2)接收換能器的頻帶和尺度在瑞利面波速度頻散物理模擬中的影響研究�；�于不同帶寬和不同直徑的超聲接收換能器和基于聲電效應(yīng)的可視為點(diǎn)狀的寬帶的接收電極的物理模擬研究表明,在瑞利面波頻散模擬中,寬帶接收換能器的使用是非常重要的。此外,接收換能器的尺度(換能器接收點(diǎn)的準(zhǔn)確定位)是影響實(shí)驗(yàn)室瑞利面波的速度頻散的縱橫向分辨率的重要因素。由電極接收的伴隨聲電信號(hào)可以有效代替寬帶超聲換能器接收的超聲波信號(hào)。該研究為發(fā)展點(diǎn)狀寬帶的接收裝置提供了一種潛在的可能。(3)瑞利面波橢圓極化頻散特征研究。物理模擬實(shí)驗(yàn)研究表明,在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)或野外測(cè)量瑞利面波橢圓極化時(shí)應(yīng)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),或面波占優(yōu)區(qū)中進(jìn)行。點(diǎn)源瑞利面波橢圓極化物理模擬不僅能夠正確的識(shí)別出橫向非均勻半空間介質(zhì)模型,而且瑞利面波橢圓極化率頻散比速度頻散具有更高的橫向分辨率。單道的面波橢圓極化率頻散探測(cè)具有更高的工作效率和場(chǎng)地適應(yīng)性。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：P631.4
【部分圖文】：

后解釋了面波的形成過(guò)程，并分別對(duì)均勻介質(zhì)和水平層狀介質(zhì)中瑞利面波傳播的頻散方程和質(zhì)點(diǎn)位移公式等基礎(chǔ)理論進(jìn)行了簡(jiǎn)介和推導(dǎo)，對(duì)面波傳播過(guò)程中速度、度頻散、能量分布等特性作了簡(jiǎn)單介紹，為瑞利面波的物理模擬研究奠定理論基２．１彈性波基本理論??２．１．１彈性波傳播特征??在固體介質(zhì)中存在著兩種不同類(lèi)型的體波。就質(zhì)點(diǎn)偏振特征而言，它們都是極化波，縱波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與傳播方向相同，通常采用Ｐ波表示；橫波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)向與傳播方向垂直，通常采用Ｓ波表示，為了方便，常將Ｓ波又分解成偏振方向垂直的ＳＨ波和５￥波［１２８］。??（１）縱波�？v波是由于介質(zhì)的體積變化即介質(zhì)發(fā)生擠壓變形和拉伸變形而傳播常稱(chēng)為Ｐ波�？v波在傳播過(guò)程中存在著壓縮區(qū)和拉伸區(qū)，壓縮區(qū)與拉伸區(qū)交替變縱波在此過(guò)程中向前傳播，故常稱(chēng)為壓縮波。如圖２－１－１。??

２．１．２彈性波波動(dòng)方程??對(duì)于彈性介質(zhì)內(nèi)部一個(gè)足夠小的體積單元，單元尺寸分別為ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ，當(dāng)介質(zhì)??受力時(shí)，單元六個(gè)面上的應(yīng)力，都可以按作用面分解成法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力，如圖２－１－３??中所示［１２５，１２６］。腳標(biāo)相同的表示的是法向應(yīng)力，腳標(biāo)不同的表示剪切應(yīng)力。介質(zhì)微元的??表面ＯＡＢＣ受到的外力為：??＾ＸＩ?＇?＾ｙｘ＇?＾ＺＸ??其中表示沿ｘ方向的法向應(yīng)力，表示沿ｙ方向的剪切應(yīng)力，＜７＾表示沿２方??向作用剪切應(yīng)力。??Ｚ個(gè)??Ａ??

１／?Ｎｉｌ?Ｔｉｌ／（ａ）ＳＨ波傳播示意圖?（ｂ）ＳＶ波傳播示意圖??圖２－１－２橫波傳播過(guò)程示意圖??性波波動(dòng)方程??彈性介質(zhì)內(nèi)部一個(gè)足夠小的體積單元，單元尺寸分別為ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ，當(dāng)介單元六個(gè)面上的應(yīng)力，都可以按作用面分解成法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力，如圖２－１５，１２６］。腳標(biāo)相同的表示的是法向應(yīng)力，腳標(biāo)不同的表示剪切應(yīng)力。介質(zhì)微元ＢＣ受到的外力為：??＾ＸＩ?＇?＾ｙｘ＇?＾ＺＸ??表示沿ｘ方向的法向應(yīng)力，表示沿ｙ方向的剪切應(yīng)力，＜７＾表示沿２切應(yīng)力。??Ｚ
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本文編號(hào)：2890320