煤层厚度变化时地震槽波理论频散曲线计算方法及频散特征分析

槽波地震勘探利用槽波的频散特性反演煤层的结构特征,故理论频散曲线的计算是一个重要方面.使用水平层状模型假设下的面波频散曲线计算方法能够计算煤层厚度恒定模型地震槽波频散曲线;但当煤层厚度变化时该方法不再适用.基于前人水平层状均匀介质模型的面波理论频散曲线计算方法,对于含煤三层模型,本文发展了煤层厚度变化情况下的地震槽波理论频散曲线计算方法,并使用该方法计算分析了不同厚度函数模型的频散曲线形态特征.研究表明:与稳定厚度煤层相比,煤层厚度变化使得地震槽波群速度成为与频率及传播射线在水平面投影路径相关的二元函数;射线路径上煤层厚度的变化使得频散曲线在群速度方向上压缩,群速度变化范围变小,且使处于最小值位置的埃里相群速度增大;而煤层厚度的线性变化模型频散曲线只与射线首、尾处的煤层厚度有关,与煤层厚度恒定模型相比,曲线形态不发生改变;煤层厚度呈非线性变化时,频散曲线形态上可能发生改变.

Rayleigh表面波理论频散曲线的特征方程解法

根据弹性波在层状地基中的传播方程，求出介质中的位移和应力分布，然后按照边界条件和各层面之间法向和切向作用力的连续条件，导出Ｒａｙｌｅｉｇｈ表面波传播的特征方程。求解该特征方程，得到表面波的理论频散曲线。这一方法不仅简单有效，计算速度快，而且避免了其他方法在数值计算中出现的困难，因而在无损伤检测的表面波谱分析方法中具有重要的作用。

浅层三层地基的SASW法模拟勘测研究

掌握瑞利波在分层地基中的传播和能量分布特征是进行瑞利波勘测的关键。建立了3类工程常见土质及其分布的浅层3层地基模型:规则地基、含硬夹层地基和含软夹层地基,基于传递矩阵法研究了瑞利波在三类地基中的传播和能量分布特征,将计算得到的地表处瑞利波时间域内的振动信息作为表面波谱分析(SASW)法的测试数据进行模拟测试。结果表明,实测频散曲线与理论频散曲线中能量占优的模式相对应,SASW法适用于大部分土层分布情况的几十米深度范围的浅层工程地质勘测。研究成果可用来指导现场测试和土层反演。

瑞利波SASW法与F-K法模拟测试比较

获取与瑞利波理论频散曲线相匹配的实测频散曲线是正确反演土层参数及分布的前提,表面波谱分析(SASW)法和频率-波数(F-K)法是求取瑞利波实测频散曲线的两种主要方法。采用传递矩阵法计算得到瑞利波在各种典型地层模型地表处时域内的振动信息,作为SASW法和F-K法的测试数据进行了模拟测试。分别将两种方法得到的实测频散曲线与理论频散曲线对比,分析了道距、偏移距和道数等测试参数的影响,以及两种方法对于各种典型地层的测试效果。结果表明,测试参数对两种方法的影响有所不同,选择合适的测试参数能够得到好的测试效果,道数相同时F-K法的测试效果优于SASW法,多通道F-K法的测试效果优于少通道F-K法。

Lamb波在起重机主梁等板结构的传播特性研究

针对Lamb波在起重机主梁板状结构中的传播机理展开研究,基于全局传递矩阵法和子波展开法,建立各向同性材料的声波传播特性理论模型,获得了板状结构的Lamb波频散方程。以起重机主梁常采用的钢板为数值仿真对象,根据建立的频散方程,利用MATLAB编写计算程序进行数值仿真研究,获得理论频散曲线,并与其他计算软件获得的结果进行对比,两者具有很好的一致性,表明理论模型及计算程序正确可靠。该研究成果为Lamb波在起重机主梁板状结构的应用奠定了理论基础,也为起重机大型构件的大面积无损检测提供了新的思路。