隧道瑞利面波波场数值模拟研究

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1、西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印j缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密耐使用本授权书。(请在以上方框内打“4")学位论文拓者签名．岔新指导老师签名：椭日期：知f酿萝、≯乡日期：a。I≮．，·盆多西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：一

2、、用有限元数值模拟方法实现了隧道工程中地震波场的二维模拟，通过在掌子面上设置信号接收排列探索性得分析了短排列在提取瑞利面波频散曲线时遇到的问题，并根据隧道掌子面尺寸有限这个不可避免的局限问题将相位差法引入，两者结合使用可以在保证一定精度的情况下实现效率优化。二、对地震波中瑞利面波质点运动轨迹用MATLAB程序实现，观测到不同模型下椭圆轨迹以及长短轴比值的不同，并且通过长短轴比值线状图和二维剖面图的实现，将模型中的低速层识别出来，也验证了长短轴比值方法在隧道掌子面瑞利面波勘探中的应用潜力。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中

3、已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：沙f比箩、≥≥西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要瑞利面波由于采集简便，在地震波场中所占能量比例较大，并具有速度频散等运动学特性，而被应用于各种地下调查领域。人工激发的瞬态瑞利面波法在工程中场地分层，岩溶洞穴分布勘查等方面使用广泛。传统上，瑞利面波的研究和应用更多得关注主动源瑞利面波速度频散特征(运动学特征)，利用频率．波数(F．K)变换，来提取

4、速度频散曲线，需要在观测时布置一定数量的检波器成为一个排列，并且勘探的深度与接收信号的排列尺度成正比关系。但是在隧道工程中，由于掌子面尺寸的局限，以及安置检波器难度较大，面波勘探的方法一直没能得到使用。相位差法则可以有效突破这个瓶颈，利用较少的波场记录，通过相关分析求得相位差进而得到面波的频散曲线，本论文就通过有限元数值模拟的手段对两种方法在频散曲线提取上，并针对掌子面前方存在低速层的地质模型来做出对比进行分析，来实现使用少量信号检测器装置以一个较短的排列方式来采集瑞利面波的方法的目的。此外，当瑞利面波传播时候，粒子的运动是由相位差石／2的两个相互垂直振动的合成运动

5、，振动粒子的运动轨迹沿传播方向成反方向的椭圆轨道运动。面波水平分量与垂直分量的频谱Lk(HN)也携带了地层信息，利用这些特征可以有效应对因掌子面尺寸有限而带来的面波处理问题。本论文研究内容及成果旨在解决传统瑞利面波勘探方法所在隧道掌子面上使用可能遇到的问题，对于扩展瑞利面波在工程中的应用范围提供一些理论指导。关键词：瑞利面波；数值模拟；频散曲线；F．K；相位差法；椭圆极化特征AbstractRayleighsurfacewaveareusedinvariousareasofundergroundsurveysbecauseitscollectioniscoliven

6、ient，ithasalargeshareoftheenergyratiooftheseismicwavefield，andSllrf．acewavehasakinematiccharacteristicsofvelocitydispersion，etc．TransientRayleigh、Vavemetllodwithartificialexcitationhasbeenwidelyusedinthecivilprojectincludingthestratificationofsite，thedistributionofkarstcaveexploration，

7、etc．Traditionally,theresearchandapplicationofRayleighsurfacewaveisfocusonRayleighsurfacewavevelocitydispersioncharacteristics(kinematiccharacteristics)oftheactivesource．usingoffrequency．wavenumber(F—K)transformtoextractvelocitydispersioncurves．Thenitrequiresaobservationpermutationtha