發(fā)布時間：2020-11-19 18:28

　　 近年來,關于均勻介質(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展,然而巖土工程實際中最為常見的橫向非均勻介質(zhì)模型的理論研究卻鮮有成果。這類模型由于建模復雜,不存在理論解析解,實際研究中遇到的困難較多,因此針對橫向非均勻介質(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,針對橫向非均勻介質(zhì)模型,展開了系統(tǒng)的研究,主要有以下幾方面的研究內(nèi)容。(1)瑞利面波基礎理論的分析和研究。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驗技術研究。依據(jù)超聲地震物理實驗理論和聲電效應理論,利用超聲換能器、聲發(fā)射儀等儀器開展了瑞利面波的物理模擬實驗,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,研究和搭建了瑞利面波物理模擬實驗平臺。(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,分別采用聲聲測量和聲電測量方式對點源瑞利面波速度頻散特性進行了物理模擬研究。(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,采用聲聲測量方式對點源瑞利面波橢圓極化率頻散特性進行了物理模擬研究,并對速度頻散與橢圓極化率頻散的橫向分辨率進行了比較研究。通過以上研究,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驗系統(tǒng)中采用的現(xiàn)有超聲換能器的弊端基礎上,研制了共點的三分量超聲接收換能器和基于聲電效應的抗干擾能力強的可視為點狀的接收電極。奠定了本文瑞利面波物理模擬的實驗技術基礎。(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。基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的可視為點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(換能器接收點的準確定位)是影響實驗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可以有效代替寬帶超聲換能器接收的超聲波信號。該研究為發(fā)展點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。物理模擬實驗研究表明,在進行物理實驗或野外測量瑞利面波橢圓極化時應在遠場區(qū),或面波占優(yōu)區(qū)中進行。點源瑞利面波橢圓極化物理模擬不僅能夠正確的識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具有更高的工作效率和場地適應性。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：P631.4
【部分圖文】：

后解釋了面波的形成過程，并分別對均勻介質(zhì)和水平層狀介質(zhì)中瑞利面波傳播的頻散方程和質(zhì)點位移公式等基礎理論進行了簡介和推導，對面波傳播過程中速度、度頻散、能量分布等特性作了簡單介紹，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型的體波。就質(zhì)點偏振特征而言，它們都是極化波，縱波質(zhì)點的運動方向與傳播方向相同，通常采用Ｐ波表示；橫波質(zhì)點運向與傳播方向垂直，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為Ｐ波�？v波在傳播過程中存在著壓縮區(qū)和拉伸區(qū)，壓縮區(qū)與拉伸區(qū)交替變縱波在此過程中向前傳播，故常稱為壓縮波。如圖２－１－１。??

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

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