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《安徽建筑大学》 2017年
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单孔土层剪切波速测试精确反演研究与应用

张骏  
【摘要】:在地质勘察领域,对地质土层和岩层的剪切波速进行波速测试有着很大的作用,它作为土的动力特征测试,具有操作简便,经济效应高,分辨率和准确率高等优点,并且应用极为广泛。通过地震波波速测试,可以获取土体的弹性波速,它为场地类别的划分、场地基本周期的计算,场地砂土和粉土地基地震液化的判断、土层动力学参数的求取、以及地震小区的划分提供了参考和依据。但是现今求解剪切波速的主要方法还是通过面波法,单孔法和跨孔法等原位测试方法拾取地震波走时信息后通过计算得到岩土层剪切波速。这种原位测试技术适用的前提是假设地震波沿直线进行传播以及地下介质呈水平层状均匀分布,但实际的土层分布是不均匀的,因此会产生假设误差,在这种假设情况下,一方面会导致测试的波速精度较低,另一方面只能求出测点所在平面的平均波速而不能反映此平面的实际波速的分布情况。因此本文试图通过模拟射线追踪的方式来研究和寻找一种便利、快速、精度高的剪切波速计算方法。射线追踪模拟计算在地震波的计算方面有很大优势,它有着计算效率高,计算速度快,计算出的射线路径清晰可见的优点,因此它在地震波场地的正演模拟、层析成像等地震信号处理与计算方面应用十分常见。本文的研究思路和方法就是在前人射线追踪理论的基础上,将该理论和方法进行完善后应用到近地场的地质勘察波速测试当中。本文内容的重点是从正演求解和反演求解两个方面入手来对研究内容进行正反论证。正演射线追踪采用的是旅行时线性插值法(lti射线追踪),此追踪法在模拟地震波传播路径方面具有较大优势。反演计算剪切波速使用的是联合迭代重建法(SIRT),它的优点是算法稳定,收敛性高,并且可以迅速计算大型线性方程组。本文把这两种优越性较高的正演和反演方法结合起来,将其算法编写成MATLAB程序语言,便可利用算法程序模拟和计算出地震波传播路径及土层剪切波速。具体展开了以下几项工作。1、提出了线性插值正演和联合迭代重建反演两种计算土层剪切波速的算法,详细介绍了这两种算法的优越性以及理论基础和编程算法基础。2、介绍了土层的剪切波波速测试在工程上的应用价值和意义以及常用的三种原位测试技术,通过对比分析,指出各种方法的优势和劣势。3、详细介绍了地震波传播原理和规律。介绍了射线追踪理论的发展历程以及本文所使用的线性插值(LTI)射线追踪法,深入介绍了其理论基础、建模方法和算法实现过程。并将其应用于三种不同的模型,与传统的最短路径射线追踪计算结果作对比来验证该算法程序的优越性。4、详细介绍了地球物理反演原理和本文选用联合迭代重建反演算法的原因,并对SIRT反演算法的原理和实现步骤做了详细介绍。5、把本文算法程序应用于实际工程项目当中,利用程序计算值与原始工程实测波速数据进行比较,使本文射线追踪理论算法的可行性和有效性得到了验证。总结了本文方法的优点和不足之处。
【学位授予单位】:安徽建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU195

【参考文献】
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