【摘要】：由于瑞利(Rayleigh)面波波速與橫波波速相近且具有速度頻散等運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,而被廣泛應(yīng)用于天然地震研究、石油地震勘探等地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域。除了速度外,瑞利面波還有另外一個(gè)重要特征——橢圓極化,在均勻介質(zhì)中,瑞利面波粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓,橢圓的短軸與長(zhǎng)軸之比稱為橢圓極化率,它與介質(zhì)的泊松比呈近似線性反比關(guān)系。在非均勻介質(zhì)中,與速度頻散相似,橢圓極化率也因頻率而異,即具有頻散特性。作為瑞利面波兩個(gè)主要特性之一,速度頻散早已在應(yīng)用領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展與成功,而橢圓極化頻散,因缺乏完備的理論支撐,雖然在場(chǎng)地卓越頻率測(cè)試方面取得了一定的應(yīng)用效果,但是在工程勘探領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起始階段,尤其是對(duì)于工程地質(zhì)中最常見的橫向非均勻體探測(cè)方面,目前尚無(wú)明確記載。論文采用數(shù)值模擬手段,針對(duì)橫向非均勻介質(zhì)模型,從速度頻散與橢圓極化率頻散兩個(gè)方面展開系統(tǒng)的研究,主要包括以下幾方面研究?jī)?nèi)容:(1)瑞利面波速度頻散與橢圓極化率頻散的基礎(chǔ)理論研究。首先從半無(wú)限均勻介質(zhì)模型出發(fā),研究均勻介質(zhì)中瑞利面波速度、橢圓極化率與介質(zhì)彈性參數(shù)之間的關(guān)系;然后基于水平層狀介質(zhì)模型,對(duì)瑞利面波的速度頻散與橢圓極化率頻散的解析計(jì)算方法展開詳細(xì)論述;最后對(duì)瑞利面波頻散分析中的傅里葉變換、τ-p變換、小波(包)變換、復(fù)道分析、時(shí)頻域極化分析等數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了研究與分析。(2)瑞利面波速度頻散與橢圓極化率頻散的數(shù)值模擬研究。對(duì)于均勻半空間,分別以諧波信號(hào)與雷克子波信號(hào)作為震源進(jìn)行全波場(chǎng)數(shù)值模擬,結(jié)合理論研究結(jié)果,對(duì)波場(chǎng)傳播特征進(jìn)行觀察與分析,驗(yàn)證理論分析結(jié)果的正確性與數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性;對(duì)于橫向非均勻介質(zhì),選取工程地質(zhì)上常見的兩種橫向非均勻介質(zhì)模型——局部非均勻體與垂直巖性接觸面,分別研究速度頻散與橢圓極化率頻散對(duì)橫向非均勻介質(zhì)的響應(yīng)特征,并對(duì)比分析兩種方法的靈敏度與分辨能力。(3)橫向非均勻介質(zhì)反演方法適用性研究。針對(duì)目前基于層狀介質(zhì)正演模型的反演算法,以橫波速度結(jié)構(gòu)為反演目標(biāo),分別從速度頻散與橢圓極化頻散兩個(gè)方面,分析研究遺傳算法反演在橫向非均勻體反演方面的適用性。(4)橢圓極化率的工程應(yīng)用探索。分別將橢圓極化率分析方法應(yīng)用于采空區(qū)探測(cè)和高速列車震動(dòng)監(jiān)測(cè)等兩個(gè)工程實(shí)例中,對(duì)該方法的潛在應(yīng)用領(lǐng)域與方向以及應(yīng)用中可能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析研究。通過(guò)以上研究,主要取得以下研究成果:(1)證明瑞利面波橢圓極化率與介質(zhì)泊松比之間的內(nèi)在聯(lián)系:均勻介質(zhì)中橢圓極化率與泊松比成線性反比關(guān)系,并且與頻率無(wú)關(guān);而在橫向非均勻介質(zhì)內(nèi),瑞利面波橢圓極化率與介質(zhì)泊松比之間成高度非線性反比關(guān)系,并具有較強(qiáng)的頻散特性。(2)瑞利面波速度頻散或橢圓極化率頻散可以用于探測(cè)橫向非均勻介質(zhì),可以判斷出非均勻介質(zhì)的相對(duì)屬性以及空間上的大體位置。與速度頻散相比,橢圓極化率頻散對(duì)橫向非均勻介質(zhì)的靈敏度更高,橫向分辨能力更強(qiáng)。(3)對(duì)于局部非均勻體,因反演中采用的正演模型是水平層狀介質(zhì),與真實(shí)模型不匹配,無(wú)論是速度頻散還是橢圓極化率頻散反演,反演誤差均比較大,不適用于橫向非均勻體的反演。(4)橢圓極化率能夠直接反應(yīng)工程地質(zhì)參數(shù)的相對(duì)變化,可以用于采空區(qū)、破碎帶等橫向非均勻變化的工程地質(zhì)目標(biāo)的探測(cè),以及高速鐵路路基質(zhì)量監(jiān)測(cè),場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)。本論文的研究?jī)?nèi)容深化了對(duì)瑞利面波速度頻散與橢圓極化頻散的認(rèn)識(shí),完善了瑞利面波在橫向非均勻體探測(cè)方面的理論基礎(chǔ),為瑞利面波在工程中的應(yīng)用提供更加完備的理論依據(jù),對(duì)于完善該學(xué)科理論,促進(jìn)學(xué)科發(fā)展,指導(dǎo)應(yīng)用實(shí)踐有極大幫助。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P631.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2438436