多道瞬态瑞雷面波法在城市工程地下障碍物探测中的应用

在城市工程施工中常常由于遇到地下障碍物而产生不良后果,因此在工程设计与施工前会对施工场地地下障碍物进行探测。与常规的地震反射波法或折射波法相比,多道瞬态瑞雷面波法因瑞雷波在垂向激震产生的波组中能量最强而易于识别、对场地的要求不高、有一定的穿透能力且浅层分辨率高等优势,在解决浅层工程地质问题方面具有重要的作用。本文结合工程实例,阐述了多道瞬态瑞雷面波法的探测原理以及在城市工程地下障碍物探测中的应用。结果表明瑞雷面波法可以对工程场地地下存在的含混凝土块、抛石等不良地质体的杂填土层的分布和埋深进行了准确探测,在城市工程地下障碍物探测中有良好的效果及前景。

利用空间自相关法研究华北克拉通中部瑞雷面波频散特征

华北克拉通(North China Craton, NCC)是中国大陆最古老的克拉通之一,是研究大陆岩石圈形成与演化的天然实验室。利用华北地震科学台阵在2007年1月13日记录的地震微动信号的垂向分量,采用空间自相关法(spatial autocorrelation method, SPAC)获得了华北克拉通中部块体7~33 s的瑞雷波相速度频散曲线。结果表明:总体而言,研究区的频散曲线随周期增加而增大。7~12 s的相速度增加梯度较陡,可能反映了该区域地表太古宙至古生代早期的古老基岩露头的影响;13~16 s的相速度反映中地壳的速度变化,中部块体的相速度值随周期增大而逐渐减小,并在16 s时达到最小值,这与该地区中地壳发育低速层的地质背景较吻合。

自适应对数螺旋路径萤火虫算法反演瑞雷面波频散曲线

瑞雷面波技术是浅地层地质勘探的重要手段之一,通过瑞雷面波频散曲线反演可有效获得地下横波速度模型.然而,瑞雷面波频散曲线反演具有多参数、多极值和非线性等特点,面对复杂地震-地质条件下的瑞雷面波资料处理,传统方法难以快速、精确地对地层参数进行反演和重建.本文将自适应对数螺旋路径萤火虫算法(Adaptive Logarithmic Spiral-Lévy Firefly Algorithm,简称ALSL-FA)引入到瑞雷面波频散曲线反演中,有效解决了经典萤火虫算法(Firefly Algorithm,简称FA)精于探索,疏于开发的缺点.ALSL-FA集成了对数螺旋引导萤火虫路径,并在搜索过程中通过自适应切换因子实现了全局搜索与局部开发自适应切换,在增强局部开发能力的同时,确保了全局搜索的能力.通过Rastrigin函数求解,对比分析了FA、Lévy飞行萤火虫算法(Lévy Flying Firefly Algorithm,简称LF-FA)和ALSL-FA的运算性能;通过速度递增和含高速硬夹层地质模型的瑞雷面波频散曲线反演,比较了人工蜂群算法(Artificial Bee Colony algorithm,简称ABC)、FA、LF-FA和ALSL-FA的反演结果,验证了本文方法的正确性和抗噪能力,并进一步应用于一套实际瑞雷面波资料反演处理.研究结果表明,本文方法有效弱化了对初始模型的依赖,并进一步提高了反演的精度,具有较强的全局寻优能力和局部开发能力,同时兼备良好的抗噪性能.

瑞雷面波勘探技术研究现状及发展

作为一门新型的岩土工程地球物理探测技术,瑞雷面波探测有着其它技术无可比拟的优势,国内外关于瑞雷面波勘探方面的实践和理论研究目前日益增多。本文对国内外瑞雷面波勘探方法研究进行了调研,从数据采集、曲线提取、曲线反演三个方面对瑞雷面波勘探的研究现状进行了详细总结,并探讨了当前瑞雷面波勘探中存在的实践和理论问题。

基于瑞雷面波群速度频散反演上海地区S波速度结构

利用上海测震台网固定台站地震面波数据记录,通过多重滤波法提取周期为8-20s的瑞雷面波群速度频散曲线,反演得到台站下方介质一维速度结构。结果表明:对于整个上海地区,其剪切波速度横向不均性不明显,在相同深度,每个台站S波速度差异较小,上地壳平均速度约为3.6 km/s,中下地壳平均速度约为3.8 km/s、4.1 km/s。

瑞雷面波检测系统在公路路基压实度质量检测中的应用

由于常规压实度检测方法采用有限点式抽样,无法全面评价公路路基质量。对以上问题进行研究,采用震锤、拾振器、放大器以及数据分析仪组成瑞雷面波检测系统,通过在检测点上运行瑞雷面波检测系统获得瑞雷波波速,根据波速与土石混填料干密度之间关系式计算出压实度,实现对公路路基压实度的质量检测。

基于改进的模拟退火算法的瑞雷面波反演研究

瑞雷波频散曲线反演是地震勘探解决浅层地表地质问题的重要方法之一,在实际反演时,利用瑞雷面波在层状非均匀介质中的频散特性,通过正演计算出层状介质的瑞雷波频散曲线来反演地层厚度和横波速度。文章采用非线性全局优化算法的模拟退火算法对瑞雷波频散曲线进行反演,采用Metropolis接受准则跳出局部搜索达到全局搜索的效果,最终得到全局最优解。在传统的模拟退火算法中改进加入局部搜索算法,使得反演速度加快,提高反演效率。将改进前后的反演结果进行对比,得出改进后的反演方法具有更好的可行性。

瞬态瑞雷面波法在南昆铁路八渡滑坡勘探中的应用

本文详细介绍了在地形困难和施工干扰严重的南昆铁路八渡滑坡区成功开展的瞬态瑞雷面波勘探及其方法与技术。

华北地区瑞雷面波相速度层析成像

利用华北科学探测台阵190个宽频带台站和8个甚宽带台站2006年10月至2009年5月记录的远震垂直向资料,用小波变换频时分析方法测定了1587条独立路径的基阶瑞雷波相速度频散曲线,并使用Ditmar & Yanovskaya方法反演得到111°～120°E,37°～42°N区域内、周期10～60 s的高分辨率相速度分布图像.本文的研究结果表明,华北地区的地壳上地幔横波速度结构存在横向非均匀性.短周期(如10 s)的相速度分布与地表地质构造具有明显的相关性,随着周期的增大(如15 s),地形的控制作用相对减弱.中周期(如30 s)的相速度分布差异暗示华北克拉通中、东部地区下地壳具有不同的物质组成,图中相速度梯度带与太行山重力梯度带位置十分相近,说明该重力梯度带两侧的地壳速度结构差异较大.与短周期相比,研究区内长周期(如60 s)相速度分布的横向非均匀性明显减弱,表明研究区上地幔顶部速度结构差异较地壳的小.与全球典型大陆克拉通相比,华北克拉通10～60 s的相速度频散明显偏低,其频散特征与全球典型裂谷地区相类似,这暗示华北克拉通已经遭受了明显的侵蚀与破坏.

弹性介质中瑞雷面波有限差分法正演模拟

为研究瑞雷面波的形成机理及传播规律,促进瑞雷面波资料处理方法的发展,本文根据弹性波方程,采用交错网格有限差分数值求解算法,对浅层各向同性弹性介质进行了包括瑞雷面波和体波在内的全波场模拟.提出了变系数吸收边界条件并将之应用于正演模拟,使边界条件的处理简单而高效,同时给出了角点的处理方法.对工程勘察中常见的连续和层状介质模型进行了模拟,获得了更加接近实际情况的地震记录.结合模拟记录,探讨了瑞雷面波的形成条件,同时讨论了震源埋深对面波能量的影响.

瑞雷面波勘探的过去、现在和未来

回顾了瑞雷面波勘探发展的历史,剖析了面波频散曲线正反演的进展及存在的问题,重点指出在石油和煤炭反射地震中,应从剔除面波转变为利用面波,并借助现有石油“大炮”反射地震资料中“有害的”瑞雷面波提取浅层地质结构信息,为反射地震静校正、近地表工程地质评价等提供物性参数,把反射地震的面波干扰变为对勘探十分有利的参数提取源,实现以强干扰面波为主要数据源的浅层结构探测,以促进瑞雷面波勘探技术的进一步发展。

瞬态瑞雷面波法岩溶路基注浆质量检测现场试验研究

为深入研究瞬态瑞雷面波法在岩溶路基注浆质量检测中的应用,现场选取12段试验测区,采集1470个测试样本点,其中在4个重点测区中进行注浆前后的对比测试及部分注浆后长时间追踪测试,在其余8个测区中进行验证性测试。结合现场压水试验及钻孔取芯等多种验证手段,基于有效试验样本数据分别建立岩洞、岩体、土体3种不同地下介质的瞬态瑞雷面波法注浆质量检测标准,并确定合理的检测时间为注浆完7 d后。经部分验证性试验测区内回判试验表明,试验结论准确可靠。

高精度有限差分瑞雷面波模拟及频散特征提取

瑞雷面波频散特征与地下介质特性有着密切的联系。利用瑞雷面波频散特征可反演浅层的地质结构。本文使用了灵活的高阶有限差分算子、合理的自由地表边界条件和高效的SPML吸收边界条件,获得了高精度的瑞雷面波正演记录。在此基础上将数值模拟提取的频散特征与理论的频散特征进行对比,两者非常吻合,验证了瑞雷面波有限差分模拟的精度很高,可用来深入研究复杂情形下瑞雷面波的频散特征。

利用自适应混沌遗传粒子群算法反演瑞雷面波频散曲线

为了提高瑞雷面波频散曲线的反演精度,减少反演过程中的多解性,获取更准确的地下横波速度结构,本文从反演算法入手,对基本的粒子群算法进行改进,提出了一种能同步提高全局和局部搜索能力的自适应混沌遗传粒子群算法(ACGPSO):即先采用自适应惯性权重,并设置粒子的节速度,再引入遗传算法的交叉和变异操作及单维全分量的混沌局部搜索。利用该算法对理论模型的无噪和含噪基阶频散曲线进行反演,且针对含噪数据加入二阶与三阶频散曲线进行联合反演。所得反演结果与常规粒子群算法反演结果的对比表明:ACGPSO算法具有更好的稳定性和抗噪性,且基于该算法的联合反演能有效降低解的多解性,显著提高解的精度。对实际数据所做的两步法反演的效果进一步验证了该算法的适用性。

基于Fourier变换的瑞雷面波分离提取及实例分析

应用Fourier变换法分离提取地震记录中不同模态的瑞雷面波,其原理是:利用瑞雷面波各模式传播速度的差异,将时间域中叠加在一起的瑞雷面波信号在频率波数域中分开,以此实现分离提取各阶模态瑞雷面波。研究结果表明:τ-p变换只能提取浅部能量较强的部分瑞雷面波,不能提取瑞雷面波的全部频散成分且不能使不同模态瑞雷面波分离;利用Fourier变换可以准确分离提取不同模态的瑞雷面波,且经分离后计算所得频散曲线的频带宽度扩展,有利于提高瑞雷面波勘探的能力。

层状介质中瑞雷面波的频散研究

为了提高计算的速度和稳定性以及发现不同算法之间的联系 ,将位移应力矢量的传递矩阵 T 的元素表示为实数量及无量纲量的形式 ,发现柱面瑞雷面波与平面瑞雷面波的频散方程形式可以完全一样 ;将Menke方法的传递矩阵F表示为三个五阶矩阵的乘积 ,发现Menke方法与δ矩阵法的频散方程形式可以完全一样 ;最后提出了一种快速稳定的标量传递算法 ,此算法进一步提高了计算速度 .

瑞雷面波在防渗墙无损检测中的应用

瑞雷面波均匀介质理论和弹性层状介质中的频散理论都是在半无限弹性空间基础上进行的,本文通过理论分析将瑞雷面波引申在水平方向宽度有限的墙状介质中应用,结合室内实验和防渗墙施工问题,得出一套完整的无损检测技术,用以控制防渗墙施工质量.

裂缝介质中瑞雷面波传播的渐变非均匀交错网格数值模拟

提出了渐变非均匀交错网格高阶差分方法,模拟裂缝介质中瑞雷面波的传播过程,并引入具有二阶时间精度和六阶空间精度的附加差分公式解决非均匀交错网格的不对称问题.这种差分方法可描述为:在裂缝处采用细网格,在其他地方采用粗网格,细网格到粗网格之间在空间上采用渐变步长,达到既细致地描述了局部细微结构、又保持了计算量适当的目的.在变步长的选取中提出了采用汉宁窗函数,这样既可以较快地从粗网格向细网格过渡,又避免了粗细网格过渡时发生频散.算例表明该方法完全适用于模拟裂缝介质中瑞雷面波的传播,计算精度较高,且能节约时间和内存.数值模拟结果非常直观地揭示了瑞雷面波在裂缝介质中的波场传播特征.

岩溶路基注浆质量瞬态瑞雷面波法检测数值模拟

为探讨瞬态瑞雷面波法用于铁路岩溶路基注浆质量检测的有效性,根据现场典型的地质断面特征,分别建立了无溶洞发育的两层介质起伏界面模型和有溶洞发育的两层介质起伏界面溶洞模型.通过改变数值模型中局部介质的物性模拟岩溶路基注浆前后的变化.用瞬态激振力模拟现场锤击振动,对比分析注浆前后地表检测点频散曲线的变化特征.研究结果表明:无溶洞发育时,注浆后频散曲线主要以波速提高为主;有溶洞发育时,注浆后频散曲线不仅波速提高,而且注浆前频散曲线的"之"字形扭曲现象消失,与现场检测结果基本一致.

基于MPI的三维瑞雷面波有限差分并行模拟

三维地震波动方程数值求解对计算机的内存大小和运算速度都有很高的要求。采用基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI)的并行算法对三维空间的瑞雷面波进行了交错网格有限差分正演模拟。该算法将待模拟区域划分为若干个子区域,各个进程互相协同,并行完成各个子区域的数值模拟过程,从而达到扩大模型规模、加快模拟速度的目的。数值模拟过程中,采用声学-弹性界面法处理自由地表边界。利用均匀各向同性介质模型模拟所得的单道地震记录与解析解的对比结果和波场快照验证了算法的可行性和正确性;通过3层速度递增模型数值模拟所得波场记录的频散曲线与解析解对比,进一步验证了算法的有效性。