【摘要】：淺地表的橫波速度是地震安全性評(píng)價(jià)、工程地質(zhì)勘察、地基處理效果評(píng)價(jià)等的重要參數(shù),了解地下介質(zhì)的橫波速度結(jié)構(gòu)對(duì)工程建設(shè)與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)和防御都有著重要的意義。要獲得淺地表橫波速度直接的方法可通過(guò)地球物理測(cè)井,但該方法耗時(shí)耗力,而面波勘探操作簡(jiǎn)單、工作效率高效高且是無(wú)損探測(cè),因而面波勘探被廣泛運(yùn)用于工程地質(zhì)勘察與工程質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域。面波勘探的核心就在于對(duì)頻散曲線的研究分析,因此,加深對(duì)面波的頻散曲線的研究能更加準(zhǔn)確的獲得地下的橫波速度結(jié)構(gòu),對(duì)實(shí)際的工程實(shí)踐起著指導(dǎo)性的作用。本文從面波頻散曲線數(shù)值模擬和面波波場(chǎng)模擬兩個(gè)方面研究淺地表瑞雷面波的頻散曲線特征,頻散曲線數(shù)值模擬可以研究層狀介質(zhì)模型的頻散曲線特征,也可以綜合分析研究不同階數(shù)各個(gè)導(dǎo)波模式的頻散曲線特征;波動(dòng)方程的高階有限差分?jǐn)?shù)值模擬,可以模擬非層狀介質(zhì)模型以及地形起伏時(shí)的面波波場(chǎng)特征,從而可以提取其頻散曲線進(jìn)行研究。將二者結(jié)合可以更好的分析淺地表面波頻散曲線的響應(yīng)特征。本文首先介紹了瑞雷波頻散曲線的正演算法,對(duì)橫波速度增大的層狀介質(zhì)模型與含軟硬夾層的層狀介質(zhì)模型進(jìn)行了頻散曲線正演。研究得出:對(duì)于不同的層狀介質(zhì)模型,基階導(dǎo)波模式的相速度都存在零頻極限與高頻極限;不同階數(shù)的高階導(dǎo)波模式的頻散曲線存在各自的截止頻率,階數(shù)越高,截止頻率越大,在截止頻率處,各高階導(dǎo)波模式的相速度存在極限值。然后基于一階應(yīng)力-速度方程組進(jìn)行波場(chǎng)正演,分別得到了地形變化模型、軟弱地層模型、復(fù)雜地表?xiàng)l件下軟弱夾層模型的波場(chǎng)記錄,通過(guò)處理得到頻散譜圖,進(jìn)而分析其頻散曲線特征。研究得出:面波勘探中,要得到真實(shí)的相速度,在資料處理時(shí),道間距應(yīng)取檢波器之間的真實(shí)距離而非它們之間的水平距離;在起伏地形下獲得的頻散曲線反映的是地下介質(zhì)的法向厚度,而非它的垂向厚度;含有夾層的層狀地層與含洞穴的非層狀地層的頻散曲線都可能產(chǎn)生“之”字型拐點(diǎn),二者在頻散曲線上難以進(jìn)行區(qū)分時(shí),可以通過(guò)波場(chǎng)記錄進(jìn)行區(qū)分;復(fù)雜地表?xiàng)l件下,瑞雷波的傳播較為復(fù)雜,在利用瑞雷面波進(jìn)行勘探時(shí),要考慮地形變化對(duì)瑞雷波場(chǎng)以及頻散曲線的影響。最后討論了面波勘探的實(shí)際應(yīng)用,先介紹了面波勘探在黃土地區(qū)的應(yīng)用。然后立足于當(dāng)前面波勘探的發(fā)展現(xiàn)狀與實(shí)際的應(yīng)用需求,介紹了主被動(dòng)源面波聯(lián)合勘探的優(yōu)勢(shì),并結(jié)合工程實(shí)例證明了面波聯(lián)合勘探可以同時(shí)保證面波勘探的精度與深度。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 瑞雷波中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖在均勻半空間中，從式（2-27）可得，瑞雷面波的速度與振動(dòng)頻率無(wú)關(guān)，所以在均勻介質(zhì)中，瑞雷面波沒(méi)有頻散。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中理想均勻半空間地質(zhì)模型是不存在的，對(duì)于二層或多層的分層介質(zhì)，瑞雷面波是高度頻散的，且它的傳播速度是頻率的函數(shù)， ( )R RV = V f，即速度隨頻率而改變。面波也是一個(gè)脈沖波，是由許多單頻波組成，這也就意味著構(gòu)成面波脈沖的每一個(gè)單頻率波都有著自己的傳播速度，我們稱(chēng)之為相速度。由于相速度隨頻率變化而變化，隨著時(shí)間的變化，不同頻率的單頻波向前傳播就會(huì)產(chǎn)生相位差，若考慮一段時(shí)間間隔 Δ t內(nèi)面波的傳播，前時(shí)刻面波脈沖包絡(luò)線的極大值與現(xiàn)時(shí)刻存在有相位差的各單頻波合成后的面波包絡(luò)線的極大值之間的距離用Δpx表示，，各單頻波在 Δ t時(shí)間內(nèi)傳播的距離為Δgx，在時(shí)間間隔 Δ t內(nèi)，群速度U、相速度V 以及兩者的關(guān)系為：pxVΔ=(2-28)
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P631.4;P642.22

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本文編號(hào)：2641591