本文關鍵詞：考慮區(qū)域特征的遞增型土層剪切波速反演

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【摘要】：土層剪切波速是計算場地動力響應,判定建筑抗震場地類別的重要參數(shù)。準確、快速獲取剪切波速結構是地震工程的重要研究課題之一。近年來,基于小型地脈動觀測臺陣記錄提取土層基階頻散曲線,進而采用反演方法得到剪切波速結構已成為鉆孔勘探之外的一種經(jīng)濟、便捷的有效手段,逐漸被工程人員采納。然這一反演問題本身存在多解性,即剪切波速結構迥異的土層所對應的頻散曲線較為一致。為此如何有效地規(guī)避這一問題,確保反演結果的可靠性是推廣這一手段在工程中應用的難點。本文針對基于脈動臺陣觀測記錄獲取遞增型土層剪切波速這一問題,通過在反演過程中引入基于統(tǒng)計得到的土層剪切波速結構的一般特征,在建立頻散曲線反演的逐分量自適蒙特卡洛法(MSCAMH)基礎上,建立了獲取概率意義上最接近實際土層結構的剪切波速反演方法,實測結果表明,該方法具有較好的精度,同時能較好地規(guī)避頻散曲線多解這一問題,有效提高了反演結果的可靠性。具體研究工作包括:1.通過提取黑龍江省內(nèi)地震危險性評定報告中的鉆孔資料,統(tǒng)計分析了該區(qū)域內(nèi)遞增型土層剪切波速結構的基本特征。在此基礎上,討論了典型土層的基階瑞利頻散曲線特征:頻散曲線對表層及深部土層參數(shù)變化的敏感性大于其對中間土層參數(shù)變化的敏感性。最后計算出典型土層對應的頻率—波長變化曲線。2.基于理論算例,深入分析MSCAMH算法的性能。詳細分析了初始模型設置,目標函數(shù)選取,建議分布方差和建議分布函數(shù)對算法精度、收斂性的影響。結果表明,合理的初始模型能有效提高算法的精度和收斂速度。因此有必要在應用該方法反演瑞利頻散曲線過程中,引入土層剪切波速結構的區(qū)域性特征。針對基于地脈動臺陣觀測提取所得瑞利頻散曲線在低頻與高頻段的失真問題,建議了一種新的目標函數(shù),在新的函數(shù)中提高了中低頻帶段目標與模擬頻散曲線之間殘差所占的權重。在上述改進的基礎上,構建了結果較為穩(wěn)定土層剪切波速反演方法。3.選取了區(qū)域內(nèi)存在鉆孔資料的某一場地,布設了多個地脈動觀測臺陣,基于適用于靈活臺陣布設的擴展空間自相關法獲得了土層的基階瑞利波頻散曲線,進而基于本文建立的剪切波速反演方法得到了該區(qū)域的遞增型土層結構。通過對比分析反演結果與鉆孔資料,結果表明反演所得剪切波速結構與這一區(qū)域的平均剪切波速結構接近,進而驗證了本文所構建的基于地脈動臺陣觀測獲取遞增型土層剪切波速結構這一手段的可靠性。
【關鍵詞】：瑞利波頻散曲線 剪切波速 MSCAMH算法 反演
【學位授予單位】：中國地震局工程力學研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU435
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究課題的背景和目的10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展和現(xiàn)狀11-14
• 1.3 論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排14-16
• 第二章 黑龍江省區(qū)域頻散曲線特征16-36
• 2.1 引言16
• 2.2 遞增型土層頻散曲線特征研究16-20
• 2.2.1 土層厚度變化對頻散曲線的影響17-18
• 2.2.2 剪切波速變化對頻散曲線的影響18-20
• 2.3 典型土層模型頻散曲線特征驗證20-23
• 2.4 黑龍江省典型土層頻散曲線及其敏感性分析23-31
• 2.4.1 黑龍江省地區(qū)瑞利波頻散曲線24-27
• 2.4.2 典型土層瑞利波頻散曲線敏感性27-31
• 2.5 瑞利波頻率—波長曲線31-33
• 2.6 本章小結33-36
• 第三章 改進的逐分量自適應蒙特卡洛算法36-60
• 3.1 引言36-37
• 3.2 統(tǒng)計反演方法的概念和原理37-38
• 3.2.1 貝葉斯定理37-38
• 3.2.2 蒙特卡洛法38
• 3.2.3 馬爾可夫鏈38
• 3.3 參數(shù)后驗聯(lián)合概率分布的確定38-40
• 3.3.1 先驗聯(lián)合概率分布的確定39
• 3.3.2 似然函數(shù)的確定39-40
• 3.3.3 后驗聯(lián)合概率分布的確定40
• 3.4 改進的逐分量自適應蒙特卡洛反演方法40-58
• 3.4.1 基本原理40-41
• 3.4.2 算法基本流程41-43
• 3.4.3 算法性能研究43-58
• 3.4.3.1 MSCAMH算法與SCAM算法性能對比43-45
• 3.4.3.2 初值對運算的影響45-49
• 3.4.3.3 建議分布方差對運算的影響49-53
• 3.4.3.4 建議分布概率密度函數(shù)形式對運算的影響53-58
• 3.5 本章小結58-60
• 第四章 MSCAMH算法可行性研究60-88
• 4.1 引言60
• 4.2 應用MSCAMH算法處理反演問題60-70
• 4.2.1 關于先驗分布的幾點說明63-65
• 4.2.2 似然函數(shù)方差設置65-67
• 4.2.3 算法參數(shù)設置67-70
• 4.3 數(shù)值模擬算例70-85
• 4.3.1 理論模型模擬算例71-84
• 4.3.1.1 五層模型反演理想算例72-75
• 4.3.1.2 參數(shù)下限值對算法的影響75-76
• 4.3.1.3 參數(shù)上限值對算法的影響76-77
• 4.3.1.4 遞增型模型剪切波速梯度對算法的影響77
• 4.3.1.5 頻率點對算法的影響77-78
• 4.3.1.6 建議分布標準差固定值對算法的影響78-79
• 4.3.1.7 似然函數(shù)方差截止殘差數(shù)量級對算法的影響79-81
• 4.3.1.8 只反演剪切波速參數(shù)對算法的影響81
• 4.3.1.9 六層模型反演算例81-83
• 4.3.1.10 七層模型反演算例83-84
• 4.3.2 典型土層頻散曲線反演算例84-85
• 4.4 本章小結85-88
• 第五章 實測數(shù)據(jù)反演88-104
• 5.1 引言88
• 5.2 前期準備工作88-90
• 5.2.1 場地概況與處理88-89
• 5.2.2 儀器與工具89-90
• 5.3 實測地脈動數(shù)據(jù)90-92
• 5.3.1 臺陣選取90-91
• 5.3.2 實測步驟91-92
• 5.4 地脈動記錄處理92-97
• 5.5 提取頻散曲線97-100
• 5.6 頻散曲線反演100-102
• 5.7 本章小結102-104
• 第六章 結語與展望104-108
• 6.1 本文的主要工作104
• 6.2 本文的主要結論104-106
• 6.3 研究展望106-108
• 參考文獻108-112
• 致謝112-113
• 作者簡介113-114
• 攻讀碩士期間參與的科研項目114

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