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瑞雷波频散曲线提取及快速反演分析应用研究

陈艳艳  
【摘要】: 瞬态瑞雷波法,与传统方法相比具有测试技术简单易行、无需钻孔、浅层分辨率高以及高效经济等优点,现已被广泛应用于实际工程勘测。瑞雷波勘测方法的理论基础是利用瑞雷波在地层中的频散特性,但对于频散曲线特征方面的理论知识还较少,再加上反演方法存在的很多不足,使瑞雷波勘测方法的发展受到限制。因此,本文针对这些问题,利用动力学软件LS-DYNA建立的有限元地层模型,对两方面做了数值模拟研究:一是勘测过程中震源和检波器排列方式等各因素的改变会对频散曲线特征产生什么样的影响;二是在验证了逐层反演方法可行性的基础上,研究了震源参数改变对反演结果又会产生怎样的影响。主要研究内容及结果如下: (1)针对建立的两层和三层速度递增型地层模型,通过改变震源和检波器排列方式提取频散曲线对比发现:1)针对频散曲线提取过程中的群速度截断滤波处理不同的情况,得出在高频部分频散曲线特征变化相差很小,而在低频部分频散曲线变化则相对较大。所以在实验或工程中对时域信号进行截断滤波处理时,尤其是勘测复杂地层结构时,要慎重的处理低频部分数据信号。2)偏移距对频散曲线特征的影响比较明显,尤其是对分层较多的复杂地层结构,而且对于低频部分的影响比高频部分更明显些,误差更大。3)小道间距排列时,频散曲线对浅部地层反应明显;在深部范围,大道间距排列测试的频散曲线和小道间距排列测得的频散曲线相比,能更清楚地反映地层变化的细部结构。 (2)利用逐层反演方法分别对四组不同物理力学参数的递增型模型和一组实测数据进行了反演,数据说明不管是对于层厚的反演,还是对于横波速度的反演,除加载噪声组外均在允许误差范围内。这表明,逐层反演方法不仅对于理论模型的反演有效,对于接近真实地层结构模型的反演也是可行的,这进一步提高了逐层反演方法应用于实际勘测工程的可能性。 (3)研究了震源参数的改变对反演结果有何影响,结果表明:1)加载面面积适中误差较小。2)荷载增大或减小,对地层反演结果影响不大。但震源荷载如果过小,会增大深层横波速度反演误差。3)荷载作用时间适当变化对频散曲线的提取结果较小。这就要求我们在实际勘测工程中,根据目标勘测深度,场地地层条件、震源类型等灵活确定适当的荷载大小,作用时间以及加载面的大小。


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